引言

　　温度湿度独立控制的空调方式是我国学者率先倡导、近年来在国内外逐渐发展起来的一种全新的空调方式。早在办公及其他行业开始应用[1，2，3]，并在集成电路行业已有成功应用，不同于传统的集中空调形式，温度湿度独立控制空调采用两个相互独立的系统分别对室内的温度和湿度进行调控，这样既可以使被控环境的温度湿度同时满足要求，又可以完全避免再热，产生较大的节能效果。

　　1、温度湿度独立控制系统

　　将干燥的新风送入机房控制房间湿度，而由高温冷源产生的12/18℃冷冻水送人室内的干式机房空调机组，带走机房热量，温度湿度独立控制系统的主要内容就是处理显热的系统和处理湿度的系统分别设置。处理显热的装置可以采用室内干式空调机组循环实现，因供水温度高于室内空气露点温度，因而不存在结露的危险。湿度处理夏季采用独立新风机组控制机房湿度，冬季采用等焓加湿方式处理室内湿度，同时可降低送风温度，承担部分室内热负荷，如图1所示：

　　图1.温度湿度独立控制系统空调焓湿图

　　2、与传统的数据中心采用机房专用恒温恒湿空调机组比较

　　常规恒温恒湿空调机组机房内环境采用耦合的方式控制。恒温恒湿空调除对空气温度进行精密控制，同时还需要对空气湿度进行控制，机房空调本身又是小焓差大风量设计，本身湿度控制能力较差，夏季，除湿必须将温度降到露点以下，除湿后再通过电加热进行二级加热，造成能量浪费。冬季加湿耗费大量电量的情况下，机组在制冷的同时会有冷凝水产生。如下图所示：

　　图2.常规恒温恒湿机组焓湿图

　　由图中所示，室内机既承担机房内的温度也承担机房内湿度，势必会造成冷热抵消过程，见红色过程线，以100KW的机组为例，最大冷热抵消量为9kw.

　　3、温度湿度独立控制核心部件

　　温度湿度独立控制系统的三个核心组成部件分别为：高温冷冻水装置(出水温度12℃及以上)、新风处理机组(制备干燥新风)、去除显热的室内末端装置，下面分别介绍这几个核心系统的形式。

　　3.1 高温冷冻水系统

　　由于除湿的任务由处理潜热的系统承担，因而显热控制系统的冷水供水温度由常规空调系统中的7℃提高到12℃左右。此温度的冷水为天然冷源的使用提供了条件，如自然冷却、地下水、土壤源换热器等。在西北干燥地区，可以利用室外干燥空气通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取12℃冷冻水。在北方冬季、过渡季节，即使没有地下水等自然冷源可供利用，也可以利用冷却塔直接冷却获取12℃冷冻水。由于供水温度的提高，制冷机的性能系数也有明显提高。

　　3.2 高温冷水机组

　　在无法利用地下水等天然冷源或冬蓄夏取技术获取冷水时，即采用电动制冷方式，由于要求的水温高，制冷压缩机需要的压缩比很小，制冷机的性能系数也可以大幅度提高。如果将蒸发温度从常规冷水机组的2~3℃提高到7~8℃，当冷凝温度为40℃时，卡诺制冷机的COP将从7.2~7.5提高到8.5~8.8.相同的冷量的情况下可以节约15%的电量。

　　3.3冷却塔间接制冷

　　利用冷却塔制冷，在理想状况下，即各部件的换热面积无限大、且各部件风、水流量比满足匹配时，出水温度可无限接近进风的露点温度。当室外露点温度低于12℃时即可进行冷却塔直接制冷，而实际情况，考虑到各部件的效率，冷冻水的稳定性，实测冷水出水温度高于室外湿球温度5~7度时，冷却塔冷却水的温度比较稳定。由于冷却塔产生冷量的过程，只需花费风、水间接和直接接触换热过程所需风机和水泵的电耗，和常规电动压缩制冷方式相比，不使用压缩机，机组的性能系数COP(设备获得冷量与风机、水泵电耗的比值)很高。在北方大部分地区过渡季节、冬季以及在西北干燥的气象条件下，实测机组COP约为15~30.室外空气越干燥，湿球温度越低，获得冷水的温度越低，间接蒸发冷水机组的COP越高。同时因采用高温冷冻水系统，冷却塔制冷的时间要比常规的7℃冷冻水系统长很多，同时延长了冷却塔制冷的使用时间。

　　3.4湿度调节系统-干燥新风的制备

　　机房内人员比较少，机房内部没有湿负荷产生，机房环境湿度控制主要控制新风湿度即可，处理机组的核心任务是实现对新风的降温处理过程，常规的冷冻方式来实现，常规冷冻水新风机组，直接膨胀冷新风机组，热泵驱动的溶液除湿新风机组，间接蒸发冷却新风机组等新风处理方式。

　　3.4.1 夏季除湿处理

　　在数据中心机房采用温度湿度独立控制的空调系统带来了空气湿度控制问题：

　　图3.中国各城市夏季最湿月室外平均含湿量[2]

　　在分界线的上方，即中国的西北部地区，室外的新风本来就是干燥的，可直接用来带走房间湿负荷。此时新风的处理过程就是等湿降温，实现此功能的间接蒸发冷却新风机组已开发成功，并已应用于十多个大型公共建筑中[2].

　　而在分界线的下方，主要是中国的东南部地区，室外的空气非常潮湿，要获得干燥的新风送风就必须对新风进行除湿。可用的除湿方式：传统的冷凝除湿、转轮除湿和溶液除湿。

　　3.5.2 冬季加湿度处理设备

　　常规的机房恒温恒湿空调机组采用电热、电极、红外加湿系统，全部采用电加湿，用电量巨大，1kg水需要0.75kw的电量。机房内常年有大量的热源，采用等焓加湿，既能实现加湿，有能降低室内温度。现阶段专业的机房湿膜加湿机组已成功开发。专门用于机房冬季等焓加湿。

　　3.6核心部件：室内末端装置

　　温度湿度独立控制方式机房空调只承担机房温度控制，相对于常规的恒温恒湿机组来说由于通入高于室内露点的高温冷水，因此不会出现冷凝结露现象，室内末端装置简单很多，只是干式盘管机组，无需电加热、电加湿、漏水报警、凝水盘、冷凝水系统等。由于通入冷水温度升高，冷盘管表面和空气之间的换热温差减少，冷盘管需要重新设计翅片和水路，提高盘管的换热性能。若用原机组为干工况，冷量不能沿用原机组的样本，需要对于干工况的冷量重新校核。同时盘管全部干工况运行，风阻力较湿工况小，风量也需要校核。