艾特网能水氟智能双冷源空调之路—水冷双冷源空调产品方案、系统架构演进

“双冷源”由来

空调行业通常把“自然冷”和“机械冷”作为两大冷源形式，通过尽可能延长自然冷利用，减少压缩机机械做功损耗，以降低空调系统的能耗。

所谓“自然冷”，通常是指在不开启制冷压缩机的情况下，利用室外大自然所具有的低温空气实现空调室外机的散热、室内高温回风/回水的冷却，或进一步利用室外空气的湿球温度，通过水蒸发制冷，挖掘自然冷潜力，获取冷风或冷水再加以利用。

艾特网能双冷源空调产品

艾特网能作为一家数据中心基础设施解决方案提供商，多年深耕数据中心空调领域，服务广大客户，满足客户诸多场景方案需求，在数据中心机房空调领域沉淀出大量空调产品与解决方案，并将节能可靠贯穿始终，各类双冷源空调产品不断发展升级。

风侧自然冷/风侧双冷源路线上，房间级变频氟泵、列间变频氟泵、远端风墙分体氟泵、一体化氟泵自然冷空调、近端风墙氟泵等各类单元式风冷变频氟泵空调不断推陈出新。风冷、蒸发冷悬浮无油多联氟泵空调系统在各类场景中持续得到广泛应用。

而在水侧自然冷/水冷双冷源道路中，积极响应市场需求，配合头部互联网企业等客户开发各类水冷式双冷源空调产品，水冷双源远端风墙、水冷双源房间级空调实现批量交付，水冷双源近端风墙、水冷双源列间空调紧跟步伐、随之而出，目前艾特网能已拥有远端风墙、房间级、列间、近端风墙四类水冷双源空调产品、实现系列化，与此同时，进一步加大力度开发适用于高寒无水或缺水地区的高浓度乙二醇溶液介质双源机组，持续深耕产品设计应用，拓展水冷双源产品适用地域范围。

艾特网能水冷双冷源空调相关产品

艾特网能水冷双冷源空调技术方案

自然冷模式：在室外温度较低、室外冷源可提供低温冷却水时，仅开启水盘管系统，此时可看作“冷冻水空调末端”，室内侧回风由水盘管降温。

自然冷+水冷DX制冷混合模式：随室外温度升高，进水水温升高，纯自然冷水盘管无法满足需求时，开启压缩机机械制冷系统进行补充，此时冷水一方面作为水盘管的冷却水，回风先经过水盘管预冷；另一方面，冷水作为氟系统冷凝器的冷却水，带走冷凝热，实现自然冷+水冷DX运行，回风经过水盘管预冷后再经氟盘管进一步降温。

水冷DX制冷模式：如进水温度过高，甚至超过机组回风温度，为避免回风被水盘管反向加热，此时水盘管回路水阀关闭，采用压缩机机械制冷模式，而冷水作为氟系统冷凝器的冷却水，带走冷凝热，运行水冷DX，此时回风虽依然先经过水盘管，但降温仅由氟盘管完成。

需注意，以上三种模式，并非每种双冷源空调都一样，具体工作模式，和设计工况、水盘管与水冷冷凝器（板换）连接形式-水阀设计方案（以下简称系统架构）有直接关系。

按照表冷器（水盘管）和水冷冷凝器（板换）的管路连接形式划分，艾特网能水冷式双冷源远端风墙系统架构依次经历了串联、串联+旁通（3阀）架构；水冷式双冷源房间级依次经历了并联、串联+旁通（三通）架构形式；水冷式双冷源近端风墙和列间空调，综合使用场景、工况、机组尺寸及内部维护空间，目前系统架构设计为串联式（形式与远端风墙同理）。

以下为几种不同系统架构示意图：

图2 串联架构示意图

串联架构冷水进入机组后，先经过水盘管、再经过水冷板换冷凝器，因水盘管持续有水通过，为避免夏季盘管进水温较高时对回风反向加热，则需要空调回风温度高于最大进水温度，常适用于采用高回风37℃-38℃设计工况的主机房远端风墙机组，或与液冷（“水-水换热”）CDU共用冷却水环路场景，有利于系统水力平衡。

串联架构系统水侧仅设置一个总回水阀，流程简单，而水阻大，工程冷水循环泵性能要求高、能耗高，同时水阀单一，盘管水侧与板换冷凝器水侧只能同步调节、无法解耦，灵活不足。

图3 并联系统架构示意图

并联架构是与串联架构同时期出现的一种形式，如图所示，冷水进入机组后，分两路分别进入水盘管和水冷式板换冷凝器，可根据需要关闭水盘管水阀，避免夏季盘管进水温较高时对回风反向加热，常适用于采用中温回风30℃-32℃设计工况的配电间/电池室空调。

并联系统架构主要为避免盘管高温进水时回风被反向加热而设计，但在实际应用中依然存在一定的热传导现象；其次，虽水阻相比串联更优，但系统总流量大，也不利水泵能耗，且两水阀同时动作，水力特性关联依然较强，调节能力有限。

由上，单纯的串联、并联架构发生演变，出现串联+旁通形式，并先后历经两种方案，分别如下：

图4 串联+旁通系统架构方案1（三通阀旁通）示意图

图5 串联+旁通系统架构方案2（二通阀旁通、3阀方案）示意图

测试分析对比发现，“3阀”方案灵活、适应性强，兼容串并，水阻更优，可实现更合理的实际运行策略，可控能力更强。

水冷双源空调主要技术优势

（1）系统集成式预制化设计，现场不涉及内外机冷媒连管，不涉及抽真空-充冷媒，减少工程铜管、现场冷媒充注量、工作量及相关成本；（设备出厂通常已预充制冷剂，海外发货的除外）。

（2）不涉及常规风冷室外机，无需考虑常规风冷空调内外机落差、冷媒管长、压缩机回油等影响。

（3）利用自然冷源获得低温冷水实现自然冷，并在水温升高时及时开启压缩机制冷，实现水侧双冷源协同耦合，减少压缩机开启时间，西算北方节点多数区域全年大部分时间可不需开压缩机，并利用冷水冷却冷凝器，降低冷凝温度和压力，相比风冷节能更进一步。

（4）大规模部署双源空调，室外机（冷源）相比风冷分布式外机更为节地。

水冷双源空调有关不足

（1）相比冷媒直联系统，管网相对更复杂。

（2）需外置冷却塔或干冷器室外冷源，涉及冷却水管网，冷水管管径相对较大，占地，泵送能耗高。

（3）需考虑低温防冻、以及水质变化、维护等。

水冷双冷源空调技术应用

对于数据中心风冷（服务器）场景、服务器风侧负荷，不同双源空调形式可配合单机柜功率如下：

表1 不同双源空调室内风侧应用场景分类

对于数据中心“风液共存”场景，水冷式双冷源空调在数据中心工艺系统流程中，其应用方案主要有以下几种：

（1）一次侧“有水”的风液兼容方案自Rubin Ultra NVL576起，600kW超高功耗整机柜已无法复用GB300 NVL72“ 415V交流+机柜内置长距离54V铜排主干” 架构，将采用800V高压直流（HVDC）直供+机架侧车（Sidecar）分布式供电架构，AI 超高密整机柜也将正式迈入全液冷+机房800VDC时代。

图6 冷却塔+水冷双源空调+水-水CDU冷板液冷系统示意图

“有水”方案，主要为一次侧室外冷源采用冷却塔形式，全年或全年多数时间需要消耗水，适用于有一定水资源，且室外温度适宜的地区，此类方案，需重点关注水质管理、以及防冻处理。

一次侧“少水/无水”的风液兼容方案

图7 干冷器+（乙二醇）水冷双源空调+水-水CDU冷板液冷系统示意图

对于以上两种场景，双源空调与液冷CDU共用环路，水侧工况可能存在一定差异，常通过系统架构匹配、工况及管网设计以及自动控制实现水力平衡，或增加能量阀等设计进一步优化。

一次侧“少水/无水”的全风冷方案

图8 干冷器+（乙二醇）水冷双源空调系统示意图

“少水/无水”方案，主要为一次侧室外冷源采用干冷器形式，全年或全年多数时间不需要消耗水，适用于缺水或无水，且室外温度较为寒冷的地区；此类方案，采用乙二醇溶液作为冷却介质，可更好的控制水系统微生物滋生、水质恶化等问题，且具有较好的防冻功能。

部分案例展示

总结及展望

水侧双源空调，作为水侧自然冷重要方案，在当前风冷/风液兼容数据中心背景下，具有一定的适配性和可用性，艾特网能将持续深耕水侧自然冷、水冷双冷源技术领域，不断丰富产品类型、提升产品品质，为客户提供更好的服务，创造更大的价值！（作者：立杨）