溫度濕度獨立控制的空調方式是我國學者率先倡導、近年來在國內外逐漸發展起來的一種全新的空調方式。早在辦公及其他行業開始應用，并在集成電路行業已有成功應用，不同于傳統的集中空調形式，溫度濕度獨立控制空調采用兩個相互獨立的系統分別對室內的溫度和濕度進行調控，這樣既可以使被控環境的溫度濕度同時滿足要求，又可以完全避免再熱，產生較大的節能效果。

1 溫度濕度獨立控制系統

將干燥的新風送入機房控制房間濕度，而由高溫冷源產生的12/18℃冷凍水送人室內的干式機房空調機組，帶走機房熱量，溫度濕度獨立控制系統的主要內容就是處理顯熱的系統和處理濕度的系統分別設置。處理顯熱的裝置可以采用室內干式空調機組循環實現，因供水溫度高于室內空氣露點溫度，因而不存在結露的危險。濕度處理夏季采用獨立新風機組控制機房濕度，冬季采用等焓加濕方式處理室內濕度，同時可降低送風溫度，承擔部分室內熱負荷，如圖1所示：

▲圖1.溫度濕度獨立控制系統空調焓濕圖

2 與傳統的數據中心采用機房專用恒溫恒濕空調機組比較

常規恒溫恒濕空調機組機房內環境采用耦合的方式控制。恒溫恒濕空調除對空氣溫度進行精密控制，同時還需要對空氣濕度進行控制，機房空調本身又是小焓差大風量設計，本身濕度控制能力較差，夏季，除濕必須將溫度降到露點以下，除濕后再通過電加熱進行二級加熱，造成能量浪費。冬季加濕耗費大量電量的情況下，機組在制冷的同時會有冷凝水產生。如下圖所示：

▲圖2.常規恒溫恒濕機組焓濕圖

由圖中所示，室內機既承擔機房內的溫度也承擔機房內濕度，勢必會造成冷熱抵消過程，見紅色過程線，以100KW的機組為例，最大冷熱抵消量為9kw。

3 溫度濕度獨立控制核心部件

溫度濕度獨立控制系統的三個核心組成部件分別為：高溫冷凍水裝置(出水溫度12℃及以上)、新風處理機組(制備干燥新風)、去除顯熱的室內末端裝置，下面分別介紹這幾個核心系統的形式。

3.1 高溫冷凍水系統

由于除濕的任務由處理潛熱的系統承擔，因而顯熱控制系統的冷水供水溫度由常規空調系統中的7℃提高到12℃左右。此溫度的冷水為天然冷源的使用提供了條件，如自然冷卻、地下水、土壤源換熱器等。在西北干燥地區，可以利用室外干燥空氣通過直接蒸發或間接蒸發的方法獲取12℃冷凍水。在北方冬季、過渡季節，即使沒有地下水等自然冷源可供利用，也可以利用冷卻塔直接冷卻獲取12℃冷凍水。由于供水溫度的提高，制冷機的性能系數也有明顯提高。

3.2 高溫冷水機組

在無法利用地下水等天然冷源或冬蓄夏取技術獲取冷水時，即采用電動制冷方式，由于要求的水溫高，制冷壓縮機需要的壓縮比很小，制冷機的性能系數也可以大幅度提高。如果將蒸發溫度從常規冷水機組的2~3℃提高到7~8℃，當冷凝溫度為40℃時，卡諾制冷機的COP將從7.2~7.5提高到8.5~8.8。相同的冷量的情況下可以節約15%的電量。

3.3冷卻塔間接制冷

利用冷卻塔制冷，在理想狀況下，即各部件的換熱面積無限大、且各部件風、水流量比滿足匹配時，出水溫度可無限接近進風的露點溫度。當室外露點溫度低于12℃時即可進行冷卻塔直接制冷，而實際情況，考慮到各部件的效率，冷凍水的穩定性，實測冷水出水溫度高于室外濕球溫度5~7度時，冷卻塔冷卻水的溫度比較穩定。由于冷卻塔產生冷量的過程，只需花費風、水間接和直接接觸換熱過程所需風機和水泵的電耗，和常規電動壓縮制冷方式相比，不使用壓縮機，機組的性能系數COP(設備獲得冷量與風機、水泵電耗的比值)很高。在北方大部分地區過渡季節、冬季以及在西北干燥的氣象條件下，實測機組COP約為15~30。室外空氣越干燥，濕球溫度越低，獲得冷水的溫度越低，間接蒸發冷水機組的COP越高。同時因采用高溫冷凍水系統，冷卻塔制冷的時間要比常規的7℃冷凍水系統長很多，同時延長了冷卻塔制冷的使用時間。

3.4濕度調節系統-干燥新風的制備

機房內人員比較少，機房內部沒有濕負荷產生，機房環境濕度控制主要控制新風濕度即可，處理機組的核心任務是實現對新風的降溫處理過程，常規的冷凍方式來實現，常規冷凍水新風機組，直接膨脹冷新風機組，熱泵驅動的溶液除濕新風機組，間接蒸發冷卻新風機組等新風處理方式。

3.4.1 夏季除濕處理

在數據中心機房采用溫度濕度獨立控制的空調系統帶來了空氣濕度控制問題：

▲圖3.中國各城市夏季最濕月室外平均含濕量[2]

在分界線的上方，即中國的西北部地區，室外的新風本來就是干燥的，可直接用來帶走房間濕負荷。此時新風的處理過程就是等濕降溫，實現此功能的間接蒸發冷卻新風機組已開發成功，并已應用于十多個大型公共建筑中[2]。

而在分界線的下方，主要是中國的東南部地區，室外的空氣非常潮濕，要獲得干燥的新風送風就必須對新風進行除濕。可用的除濕方式：傳統的冷凝除濕、轉輪除濕和溶液除濕。

3.4.2 冬季加濕度處理設備

常規的機房恒溫恒濕空調機組采用電熱、電極、紅外加濕系統，全部采用電加濕，用電量巨大，1kg水需要0.75kw的電量。機房內常年有大量的熱源，采用等焓加濕，既能實現加濕，有能降低室內溫度。現階段專業的機房濕膜加濕機組已成功開發。專門用于機房冬季等焓加濕。

3.5核心部件：室內末端裝置

溫度濕度獨立控制方式機房空調只承擔機房溫度控制，相對于常規的恒溫恒濕機組來說由于通入高于室內露點的高溫冷水，因此不會出現冷凝結露現象，室內末端裝置簡單很多，只是干式盤管機組，無需電加熱、電加濕、漏水報警、凝水盤、冷凝水系統等。由于通入冷水溫度升高，冷盤管表面和空氣之間的換熱溫差減少，冷盤管需要重新設計翅片和水路，提高盤管的換熱性能。若用原機組為干工況，冷量不能沿用原機組的樣本，需要對于干工況的冷量重新校核。同時盤管全部干工況運行，風阻力較濕工況小，風量也需要校核。

4 工程案例分析

4.1 概況

本項目位于北京，在原有的建筑內改造為機房，建筑共六層，機房在五層，規劃機房面積3000平方米;規劃機柜800個;機柜用電30%為5KW，70%為3KW。屋面設置冷卻塔、冷水機組、水泵等。共規劃5個機房單元。機柜的實際運行負載率在50%~80%左右。

4.2 設計參數

冷通道設計溫度為16~23℃，熱通道設計溫度為27~30℃。濕度為40~60%;新風量取正壓風量與人員新風量的最大值。

4.3 冷源設計

高溫冷水機組三臺，兩用一備，每臺冷量為1500kw，設計水溫為12/18℃;

對應冷凍水循環泵三臺N=30kw，380V@50Hz;冷卻水循環泵三臺N=37kw， 380V@50Hz;模塊式閉式冷卻塔三臺，單臺水量為450 m3/h，冷卻塔按照冬季運行工況選型，夏季校核。獨立新風機組一臺，風量10000 m3/h;板式換熱機組兩臺，一用一備，一次側為11/15.5℃;二次側為12/18℃，換熱量為3000kw，增加冬季的使用時間。

4.4 室內空調設計

新風負荷由新風機組承擔，室內空調機組承擔房間熱負荷，機房空調室內機為潛熱工況運行，機組冷量為100kw，風量為16000m3/h，機組干工況運行，冷凍水水溫為12/18℃，機組進出風溫度為30/16℃，機組無電加熱、電加濕、漏水報警等附屬配置。每個機房N+2配置室內空調機組。

4.5投資與用電量分析分析

根據附表1，可以明確溫度濕度獨立控制系統空調系統的投資比常規恒溫恒濕空調系統低。

根據附表2：可以明確溫度濕度獨立控制系統空調系統的用電量比常規恒溫恒濕空調系統的用電量低;即可明確運行費用降低。

表1：初投資對比表

表2：運行用電量對比表

4.6運行分析

本項目2012年3月份投入運行，至今運行1年，IT用電量達到了實際運行量的65%，與一期的常規空調相比，冬季使用冷卻塔時間延長了42天，由2012年11月10日-2013年3月20日;合計100天;一期的常規空調冬季使用時間

由2012年12月15日-2013年2月20日，合計為63天;同時整體的空調系統節能15.7%;冬季冷機多使用37天節能5.6%;整個系統節能21.3%。

5結論

5.1隨著IT產業的發展，國際上對于綠色數據中心的提倡，特別是綠色PUE的提出，對數據中心的投資、節能提出了很高的要求，同時服務器對環境的要求也越來越低，對于溫度濕度獨立控制提供了很好的需求。

5.2溫度濕度獨立控制系統在數據中心的應用是可行的，全年系統節能20%以上。

5.3 溫度濕度獨立控制系統必須配置冷熱通道隔離系統，以實現機房空調大焓差、大溫差送風。

5.4 溫度濕度獨立控制配合高溫冷水機組，高溫顯熱空調末端設備統一使用，實現整體節能。

5.5 冷卻塔的冬季制冷時間延長是溫度濕度獨立控制系統節能的很好體現。同時可以實現多種冷源的共用。

5.6 獨立的新風控制系統是需要的，機房環境需要保持機房內部正壓，避免外部熱濕負荷對機房的影響。

5.7數據中心空調系統的設計不必拘泥于某種特定的模式。本工程結合自身特點，以溫度濕度獨立控制系統作為空調形式，配合高溫冷水機組、顯熱空調機組、冷卻塔制冷等多種新式，實現數據中心空調系統的節能。

5.8 IT的規劃及運行一般逐步投入使用，大部分空調設備在部分工況下運行，采用變頻冷水機組、變頻水泵、EC風機等也是數據中心空調節能的很好方式。