蒸发冷却冷水系统经济性分析（上）
蒸发冷却冷水系统
蒸发冷却技术是一种利用水分蒸发制取冷量的高效冷却方式，减少了对电能的消耗。因此，在数据中心空调系统中利用自然冷却方案时，同时采用蒸发冷却技术对室外冷源进行进一步的降温加湿处理（对冷风进行处理时，可能会具有加湿作用）的蒸发冷却冷水系统，将会显著提高空调设备和系统的能效比，同时延长自然冷源的利用时间。
蒸发冷却技术可延长全年自然冷却的时间，与一般常规机械制冷相比，在炎热干燥地区可节能70 ～ 80%，在炎热潮湿地区可节能10 ～ 20%，在中湿度地区可节能40% 左右，从而大大降低空调制冷能耗。当然，蒸发冷却冷水系统的节能性、经济性很大程度上取决于供回水温度的要求，若搭配高效空调末端的使用，大幅提高供水温度，那么即可大幅延长自然冷却的使用时长，以使空调系统更加节能。
根据我国在运行的蒸发冷却冷水系统的能耗统计，并结合相关理论计算，蒸发冷却冷水系统相对传统模式来说，PUE 大幅降低，同时，蒸发冷却冷水系统的耗水量只相当于常规水冷系统的30 ～ 50%。
初投资和运行费用分析
1）初投资分析
根据市场调查统计分析，根据项目规模等不同，考虑到市场价格波动，蒸发冷却空调系统初投资和传统压缩机空调系统投资差异不大（价格因素随市场变化），但蒸发冷却空调系统引发的电气投资一般很大程度低于传统压缩机空调系统引发的电气投资，同时蒸发冷却空调系统节能效果明显、运维便利且费用小。
根据数据中心规模大小及地区（主要是气象条件的差异）不同和选用的补充制冷方式不同，蒸发冷却冷水系统初投资也不同。
2）运行费用分析
以下就新疆某数据中心实际项目案例对数据中心蒸发冷却冷水系统与传统空调系统进行初投资及运行费用的比较分析。
该数据中心建筑总面积为10738 ㎡，地上5 层，建筑高度为23.3m，蒸发冷却冷水空调系统负担其中2 层的通信机房和传输机房、4 层的IDC 机房制冷，总需冷量为2767kW，制冷需求分析如表13-1 所示。
表13-1 本期工程制冷需求统计计算
该数据中心机房使用的蒸发冷却冷水系统是完全以“干空气能”为自然冷源，基于蒸发冷却技术实现干燥地区数据中心机房全年采用100% 自然冷却的集中式蒸发冷却冷水加高效空调末端系统。该系统共采用16 台蒸发冷却冷水机组（集成乙二醇自然冷）作为主用冷源，22 台机房专用高温冷冻水空调机组作为室内高效空调末端，44 台外冷式间接- 直接蒸发冷却新风机组为备份冷源，同时配置自动控制系统。
因数据中心项目不同，不同地区的气象条件不同，空调运行经济性分析和能效分析也会有不同，以下内容仅供参考，具体项目应详细分析。
依据2019 年市场价格，根据市场调研，对不同空调系统初投资进行估算，如表13-2。
表13-2 三种空调系统初投资费用表
根据不同空调系统能耗特点，可计算出各系统运行费用和能效情况，如表13-3。
表13-3 三种空调系统运行费用及能效情况
注：1）电费按0.512 元/（kW.h)，水费3.7 元/m³；
2）估算PUE 时，电源及其他功耗占比估算10%，冷冻水末端空调功耗占比估算4%；
3 ）初投资包含空调设备，水泵、管路、水箱、末端、智能控制等设备采购、就位和安装；
4）本表格仅供参考。项目不同，地区气象情况不同，空调运行费用及能效情况也会有不同。
由表13-2 可知，蒸发冷却冷水系统与自然冷却风冷螺杆机制冷系统初投资相当，而水冷式离心机制冷系统比蒸发冷却冷水系统初投资高6% 左右。由表13-3 可知：自然冷却风冷螺杆机制冷系统全年耗电量659×104kW.h，全年运营费用为338 万元，蒸发冷却冷水系统全年比自然冷却风冷螺杆机制冷系统全年耗电量225×104kW.h，，全年运营费用为115 万元，节省电费223 万元。如图13-1 所示为三种空调系统的初投资和总运行费用随年度的变化函数关系（初投资的IT 负荷按照100% 考虑）。
图13-1 三种空调系统的初投资和总运行费用随年度的变化函数关系
相对于自然冷却风冷螺杆机制冷系统来说，水冷式离心机制冷系统初投资高出10% 左右，其全年运营费低了10% 左右，水冷式离心机制冷系统相对于自然冷却风冷螺杆机制冷系统需要3 年左右总投资能与之相同。而蒸发冷却冷水系统初投资与自然冷却风冷螺杆机制冷系统相当，但运行费用却低64% 左右。
表13-3 可知：蒸发冷却冷水系统相比自然冷却风冷螺杆机制冷系统节省输入功率691kW，这部分可用于数据中心再配置172 台IT 机柜（按照单机柜4 kW考虑）；相比水冷式离心机制冷系统节省输入功率337kW，这部分可用于数据中心再配置84 台IT 机柜（按照单机柜4kW 考虑），根据各地不同机柜出租年收入不同，会增加不同收益，如表13-4 所示。
表13-4 蒸发冷却冷水系统相比其他空调系统每年可增加收入
本项目中蒸发冷却冷水系统每年比使用自然冷却风冷螺杆机制冷系统节电量可达434×104 kWh，约合人民币223万元，约节省标准煤可达900吨/年，减少二氧化碳排放量可达 3300吨/年。系统充分发挥蒸发冷却技术的优势，利用可再生能源“干空气能”进行“免费”供冷，节能、低碳、绿色、环保，符合我国可持续发展战略，对我国经济转型升级有一定的现实意义。