制冷技术及应用

第1章　蒸气压缩的热力学基础

1.1　热力学基本定律在制冷中的应用

1.2　恒温热源的理想制冷循环——逆卡诺循环

1.3　变温热源的理想制冷循环——劳伦兹循环

1.4　热泵循环

第2章　单级蒸气压缩式制冷循环

2.1　单级蒸气压缩式制冷理论循环

2.2　单级蒸气压缩式液体制冷剂过冷循环

2.3　单级蒸气压缩式蒸气有害过热及回热循环

2.4　单级蒸气压缩式制冷实际循环

2.5　C02压缩式制冷循环

第3章　双级和复叠式蒸气压缩式制冷循环

3.1　单级蒸气压缩式制冷循环的不足

3.2　双级压缩制冷循环

3.3　带有经济器的制冷循环

3.4　复叠式蒸气压缩制冷循环

第4章　制冷剂与载冷剂

4.1　制冷剂

4.2　载冷剂

第5章　制冷压缩机类型及应用

5.1　压缩机分类

5.2　压缩机的特点及比较

5.3　往复活塞式制冷压缩机

5.4　离心式制冷机

5.5　螺杆式制冷压缩机

5.6　滚动转子式压缩机

5.7　斜盘式制冷压缩机

5.8　涡旋式制冷压缩机

第6章　蒸发器、冷凝器、节流机构及辅助设备

6.1　蒸发器

6.2　冷凝器

6.3　换热器的计算

6.4　节流机构

6.5　活塞式制冷机的辅机系统

第7章　吸收式制冷循环

7.1　溴化锂吸收式制冷循环

7.2　氨水吸收式制冷循环

第8章　蒸汽压缩式制冷系统的自动控制

8.1　制冷系统自动控制的主要内容

8.2 自动控制系统的控制部件

8.3　制冷系统的自动调节单元

8.4　冷藏库库温的自动控制系统

第9章　其他制冷技术

9.1 固体吸附式制冷

9.2　喷射式制冷

9.3　热电制冷

9.4　气体涡流制冷

9.5　气体膨胀波制冷

第10章　制冷装置的安装与运行

10.1　制冷装置的安装

10.2　制冷管道的安装

10.3　制冷系统的排污及气密性试验

10.4　制冷剂的充注和取出

10.5　压缩机的试运行

10.6　制冷装置工况分析及调试

第11章　制冷装置的常见故障分析与处理方式

11.1　故障检查的方法和机组正常运行的标志

11.2　活塞式制冷压缩机的故障分析与处理方式

11.3　离心式制冷压缩机的故障与分析

11.4　螺杆式制冷压缩机的故障与分析

11.5　制冷系统运行中常见故障与分析

附录

附表-1　饱和水及饱和水蒸气的热力性质

附表-2　NH3饱和液体及蒸气的热力性质

附表-3　R11饱和液体及蒸气的热力性质

附表-4　R12饱和液体及蒸气的热力性质

附表-5　R13饱和液体及蒸气的热力性质

附表-6　R22饱和液体及蒸气的热力性质

附表-7　R502饱和液体及蒸气的热力性质

附表-8　R134a饱和液体及蒸气的热力性质

附表-9　R142b饱和液体及蒸气的热力性质

附表-10　R600a饱和液体及蒸气的热力性质

附表-11　氯化钠水溶液的热物理性质

附表-12　氯化钙水溶液的热物理性质

附表-13　乙二醇水溶液的热物理性质

参考文献

《制冷技术及应用》比较全面地介绍厂制冷技术原理、常见制冷设备的性能与应用及常见故障与处理方式。主要内容包括：制冷热力学原理、制冷系统组成、制冷循环计算与制冷机的特性分析；给出了日前研究比较热门的亚临界和跨临界二氧化碳制冷的工作原理、研究进展及应用前景；同时介绍了制冷剂与载冷剂的类型；阐述了其他类型的制冷方式，如溴化锂吸收式制冷、固体吸附式制冷、喷射式制冷、热电制冷、气体涡流制冷、气体膨胀制冷等；最后介绍了制冷装置安装、运行及常见故障处理等内容。

《制冷技术及应用》可作为高等院校能源动力类、化工 类本科生的专业教材，也可供制冷工程学科的研究生和从事此领域工作的科研和工程技术人员阅读参考。

黄翔

二级教授，1962年7月生，北京市人。工学硕士，原西安工程大学（原西北纺织工学院）副校长，二级教授，供热、供燃气、通风及空调工程学科蒸发冷却与可再生能源应用方向负责人。西安建筑科技大学兼职博士生导师。陕西省有突出贡献专家，陕西省“三五人才”。获省部级科技奖20余项，2012年获中国纺织学术带头人奖，2014年获陕西省科技进步一等奖，2017年中国制冷学会技术发明一等奖。 2100433B

序

前言

第1章绪论1

1.1绿色数据中心概述1

1.1.1什么是数据中心1

1.1.2数据中心及单机柜功率发展趋势1

1.1.3数据中心评价标准3

1.1.4数据中心散热的不同尺度4

1.1.5绿色数据中心概念6

1.2数据中心制冷空调系统架构6

1.2.1冷源系统7

1.2.2空调冷量输配系统8

1.2.3空调末端9

1.3数据中心制冷技术发展历程及方向9

1.3.1数据中心制冷技术发展历程9

1.3.2数据中心制冷技术发展方向10

参考文献12

第2章行级空调13

2.1行级空调工作原理与排热过程13

2.1.1直膨式行级空调排热过程14

2.1.2冷冻水式行级空调排热过程14

2.1.3热管式行级空调排热过程15

2.2行级空调管网配置及使用特点16

2.2.1行级空调管网配置16

2.2.2行级空调使用特点16

2.3行级空调设备与应用17

2.3.1直膨式行级空调17

2.3.2冷冻水式行级空调20

2.3.3热管式行级空调22

2.3.4顶置式热管行级空调24

2.3.5底置式行级空调26

2.4行级空调在数据中心的应用案例27

2.4.1水冷行级空调应用案例27

2.4.2热管行级空调应用案例29

参考文献29

第3章热管背板30

3.1热管背板冷却技术概述30

3.2不同类型的热管背板冷却技术原理与特点30

3.2.1回路热管背板冷却技术30

3.2.2蒸发冷却辅助回路热管背板冷却技术33

3.2.3蒸气压缩制冷与回路热管冷却一体式背板冷却技术35

3.3热管背板冷却技术在数据中心的应用案例38

3.3.1热管背板空调系统应用案例一38

3.3.2热管背板空调系统应用案例二40

3.3.3双冷源一体式热管背板机房空调应用案例40

参考文献41

第4章氟泵技术43

4.1氟泵辅助动力型回路热管技术44

4.1.1回路热管冷却与蒸气压缩制冷辨析44

4.1.2不同驱动形式回路热管辨析49

4.2液泵辅助驱动回路热管技术51

4.2.1液泵驱动热管系统51

4.2.2液泵驱动热管与蒸气压缩制冷复合系统52

4.2.3基于冷凝蒸发器/储液器的液泵驱动热管与蒸气压缩制冷复合型制冷

4.3气泵（压缩机）驱动回路热管技术54

4.3.1变频转子压缩机（气泵）驱动热管复合型制冷系统55

4.3.2变频涡旋压缩机（气泵）驱动热管复合型制冷系统57

4.3.3磁悬浮压缩机（气泵）/液泵驱动热管复合型制冷系统—冷冻水末端型60

4.3.4磁悬浮压缩机（气泵）/液泵驱动热管复合型制冷系统—冷媒末端型62

4.4氟泵技术应用案例65

4.4.1案例一65

4.4.2案例二65

参考文献67

绿色数据中心高效适用制冷技术及应用目录第5章蒸发冷却70

5.1蒸发冷却原理及设备分类70

5.2直接蒸发冷气机71

5.2.1直接蒸发冷气机的工作原理71

5.2.2直接蒸发冷气机性能评价72

5.3间接蒸发冷却空调机组74

5.3.1间接蒸发冷却空调机组的工作原理74

5.3.2间接蒸发冷却空调机组性能评价76

5.4蒸发冷却冷水机组78

5.4.1蒸发冷却冷水机组的工作原理78

5.4.2蒸发冷却冷水机组性能评价80

5.5土建式蒸发冷却空调系统81

5.5.1土建式蒸发冷却空调系统的组成81

5.5.2土建式蒸发冷却空调系统运行过程82

5.6蒸发冷却技术在数据中心的应用案例83

5.6.1直接蒸发冷气机典型应用案例83

5.6.2间接蒸发冷却空调机组典型应用案例84

5.6.3蒸发冷却冷水机组典型应用案例85

5.6.4土建式蒸发冷却空调系统典型应用案例88

参考文献90

第6章蒸发冷凝91

6.1蒸发冷凝原理及设备分类91

6.1.1蒸发冷凝技术原理91

6.1.2蒸发冷凝设备分类92

6.2蒸发冷凝空调机组97

6.2.1蒸发冷凝空调机组的工作原理97

6.2.2蒸发冷凝空调机组性能评价99

6.3蒸发冷凝冷水机组100

6.3.1蒸发冷凝冷水机组的工作原理100

6.3.2蒸发冷凝冷水机组性能评价101

6.4蒸发冷凝技术在数据中心的应用案例102

6.4.1北疆某数据中心应用案例102

6.4.2珠海某数据中心应用案例105

6.4.3甘肃某数据中心应用案例108

参考文献109

第7章喷淋降温111

7.1自动喷淋技术简介111

7.1.1国内外研究现状111

7.1.2喷淋降温技术原理114

7.1.3喷淋降温技术应用形式122

7.1.4喷淋降温性能评价123

7.2先进喷淋系统126

7.2.1重力喷淋系统126

7.2.2压力喷淋系统126

7.2.3高压细水雾126

7.2.4智能控制喷淋系统127

7.3喷淋降温系统水质处理129

7.3.1蒸发冷却空调系统结垢顺序和趋势判定129

7.3.2喷淋降温水处理的常用方法与设备130

7.4喷淋降温在数据中心的应用案例141

7.4.1喷淋降温应用于直接蒸发冷却器141

7.4.2喷淋降温应用于空调冷凝器144

7.4.3喷淋降温直接应用于发热设备145

参考文献149

第8章液冷技术154

8.1液冷技术发展概况154

8.1.1工业液冷技术发展概况154

8.1.2计算机液冷技术的发展155

8.2液冷系统原理及优势156

8.2.1液冷系统原理156

8.2.2液冷散热技术优势157

8.3液冷技术的分类160

8.3.1冷板式液冷技术160

8.3.2喷淋式液冷技术167

8.3.3浸没式液冷技术170

8.4液冷技术总体要求及对比分析171

8.4.1液冷系统要求171

8.4.2液冷技术对比分析171

8.5液冷技术在数据中心的应用案例172

8.5.1水冷板式液冷应用案例172

8.5.2第二代冷板式液冷应用案例173

8.5.3非水冷板式液冷应用案例174

8.5.4喷淋式液冷应用案例175

8.5.5单相浸没式液冷应用案例176

8.5.6相变浸没式液冷技术应用案例177

参考文献180

第9章其他制冷新技术181

9.1CO2制冷技术181

9.2太阳能制冷技术184

9.3蒸发冷却热管技术188

9.4辐射制冷192

9.5膜蒸发冷却冷水技术195

9.6低品位能源驱动的吸收式制冷技术196

参考文献198

第10章数据中心冷却技术标准199

10.1标准概况199

10.1.1国外标准概况200

10.1.2我国标准概况206

10.2国家标准208

10.2.1《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）208

10.2.2《数据中心基础设施施工及验收规范》（GB 50462—2015）213

10.2.3《数据中心资源利用第1部分：术语》（GB/T 32910.1—2017）216

10.2.4《数据中心资源利用第2部分：关键性能指标设置要求》（GB/T 32910.2—2017） 218

10.3行业标准219

10.3.1《数据中心制冷与空调设计标准》（T/CECS 487—2017）219

10.3.2《数据中心等级评定标准》（T/CECS 488—2017）227

10.3.3《集装箱式数据中心总体技术要求》（YD/T 2728—2014）227

10.4团体标准230

10.4.1《液/气双通道散热数据中心机房设计规范》(T/CIE 051—2018)230

10.4.2《非水冷板式间接液冷数据中心设计规范》231

10.4.3《单相浸没式直接液冷数据中心设计规范》233

10.4.4《数据中心蒸发冷却空调技术规范》(TDZJN 10—2020)235

10.4.5《液/气双通道散热系统通用技术规范》(T/CIE 050—2018)24710.5相关白皮书249

10.5.1《绿色数据中心白皮书》—2019249

10.5.2《数据中心间接蒸发冷却技术白皮书》254

10.5.3《数据中心冷源系统技术白皮书》257

10.5.4《数据中心蒸发冷却冷水系统及高效空调末端集成技术

白皮书》264

参考文献269

附录国家绿色数据中心先进适用技术产品目录（2020）高效制冷/冷却技术产品270

序

前言

第1章绪论1

1.1绿色数据中心概述1

1.1.1什么是数据中心1

1.1.2数据中心及单机柜功率发展趋势1

1.1.3数据中心评价标准3

1.1.4数据中心散热的不同尺度4

1.1.5绿色数据中心概念6

1.2数据中心制冷空调系统架构6

1.2.1冷源系统7

1.2.2空调冷量输配系统8

1.2.3空调末端9

1.3数据中心制冷技术发展历程及方向9

1.3.1数据中心制冷技术发展历程9

1.3.2数据中心制冷技术发展方向10

参考文献12

第2章行级空调13

2.1行级空调工作原理与排热过程13

2.1.1直膨式行级空调排热过程14

2.1.2冷冻水式行级空调排热过程14

2.1.3热管式行级空调排热过程15

2.2行级空调管网配置及使用特点16

2.2.1行级空调管网配置16

2.2.2行级空调使用特点16

2.3行级空调设备与应用17

2.3.1直膨式行级空调17

2.3.2冷冻水式行级空调20

2.3.3热管式行级空调22

2.3.4顶置式热管行级空调24

2.3.5底置式行级空调26

2.4行级空调在数据中心的应用案例27

2.4.1水冷行级空调应用案例27

2.4.2热管行级空调应用案例29

参考文献29

第3章热管背板30

3.1热管背板冷却技术概述30

3.2不同类型的热管背板冷却技术原理与特点30

3.2.1回路热管背板冷却技术30

3.2.2蒸发冷却辅助回路热管背板冷却技术33

3.2.3蒸气压缩制冷与回路热管冷却一体式背板冷却技术35

3.3热管背板冷却技术在数据中心的应用案例38

3.3.1热管背板空调系统应用案例一38

3.3.2热管背板空调系统应用案例二40

3.3.3双冷源一体式热管背板机房空调应用案例40

参考文献41

第4章氟泵技术43

4.1氟泵辅助动力型回路热管技术44

4.1.1回路热管冷却与蒸气压缩制冷辨析44

4.1.2不同驱动形式回路热管辨析49

4.2液泵辅助驱动回路热管技术51

4.2.1液泵驱动热管系统51

4.2.2液泵驱动热管与蒸气压缩制冷复合系统52

4.2.3基于冷凝蒸发器/储液器的液泵驱动热管与蒸气压缩制冷复合型制冷

4.3气泵（压缩机）驱动回路热管技术54

4.3.1变频转子压缩机（气泵）驱动热管复合型制冷系统55

4.3.2变频涡旋压缩机（气泵）驱动热管复合型制冷系统57

4.3.3磁悬浮压缩机（气泵）/液泵驱动热管复合型制冷系统—冷冻水末端型60

4.3.4磁悬浮压缩机（气泵）/液泵驱动热管复合型制冷系统—冷媒末端型62

4.4氟泵技术应用案例65

4.4.1案例一65

4.4.2案例二65

参考文献67

绿色数据中心高效适用制冷技术及应用目录第5章蒸发冷却70

5.1蒸发冷却原理及设备分类70

5.2直接蒸发冷气机71

5.2.1直接蒸发冷气机的工作原理71

5.2.2直接蒸发冷气机性能评价72

5.3间接蒸发冷却空调机组74

5.3.1间接蒸发冷却空调机组的工作原理74

5.3.2间接蒸发冷却空调机组性能评价76

5.4蒸发冷却冷水机组78

5.4.1蒸发冷却冷水机组的工作原理78

5.4.2蒸发冷却冷水机组性能评价80

5.5土建式蒸发冷却空调系统81

5.5.1土建式蒸发冷却空调系统的组成81

5.5.2土建式蒸发冷却空调系统运行过程82

5.6蒸发冷却技术在数据中心的应用案例83

5.6.1直接蒸发冷气机典型应用案例83

5.6.2间接蒸发冷却空调机组典型应用案例84

5.6.3蒸发冷却冷水机组典型应用案例85

5.6.4土建式蒸发冷却空调系统典型应用案例88

参考文献90

第6章蒸发冷凝91

6.1蒸发冷凝原理及设备分类91

6.1.1蒸发冷凝技术原理91

6.1.2蒸发冷凝设备分类92

6.2蒸发冷凝空调机组97

6.2.1蒸发冷凝空调机组的工作原理97

6.2.2蒸发冷凝空调机组性能评价99

6.3蒸发冷凝冷水机组100

6.3.1蒸发冷凝冷水机组的工作原理100

6.3.2蒸发冷凝冷水机组性能评价101

6.4蒸发冷凝技术在数据中心的应用案例102

6.4.1北疆某数据中心应用案例102

6.4.2珠海某数据中心应用案例105

6.4.3甘肃某数据中心应用案例108

参考文献109

第7章喷淋降温111

7.1自动喷淋技术简介111

7.1.1国内外研究现状111

7.1.2喷淋降温技术原理114

7.1.3喷淋降温技术应用形式122

7.1.4喷淋降温性能评价123

7.2先进喷淋系统126

7.2.1重力喷淋系统126

7.2.2压力喷淋系统126

7.2.3高压细水雾126

7.2.4智能控制喷淋系统127

7.3喷淋降温系统水质处理129

7.3.1蒸发冷却空调系统结垢顺序和趋势判定129

7.3.2喷淋降温水处理的常用方法与设备130

7.4喷淋降温在数据中心的应用案例141

7.4.1喷淋降温应用于直接蒸发冷却器141

7.4.2喷淋降温应用于空调冷凝器144

7.4.3喷淋降温直接应用于发热设备145

参考文献149

第8章液冷技术154

8.1液冷技术发展概况154

8.1.1工业液冷技术发展概况154

8.1.2计算机液冷技术的发展155

8.2液冷系统原理及优势156

8.2.1液冷系统原理156

8.2.2液冷散热技术优势157

8.3液冷技术的分类160

8.3.1冷板式液冷技术160

8.3.2喷淋式液冷技术167

8.3.3浸没式液冷技术170

8.4液冷技术总体要求及对比分析171

8.4.1液冷系统要求171

8.4.2液冷技术对比分析171

8.5液冷技术在数据中心的应用案例172

8.5.1水冷板式液冷应用案例172

8.5.2第二代冷板式液冷应用案例173

8.5.3非水冷板式液冷应用案例174

8.5.4喷淋式液冷应用案例175

8.5.5单相浸没式液冷应用案例176

8.5.6相变浸没式液冷技术应用案例177

参考文献180

第9章其他制冷新技术181

9.1CO2制冷技术181

9.2太阳能制冷技术184

9.3蒸发冷却热管技术188

9.4辐射制冷192

9.5膜蒸发冷却冷水技术195

9.6低品位能源驱动的吸收式制冷技术196

参考文献198

第10章数据中心冷却技术标准199

10.1标准概况199

10.1.1国外标准概况200

10.1.2我国标准概况206

10.2国家标准208

10.2.1《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）208

10.2.2《数据中心基础设施施工及验收规范》（GB 50462—2015）213

10.2.3《数据中心资源利用第1部分：术语》（GB/T 32910.1—2017）216

10.2.4《数据中心资源利用第2部分：关键性能指标设置要求》（GB/T 32910.2—2017） 218

10.3行业标准219

10.3.1《数据中心制冷与空调设计标准》（T/CECS 487—2017）219

10.3.2《数据中心等级评定标准》（T/CECS 488—2017）227

10.3.3《集装箱式数据中心总体技术要求》（YD/T 2728—2014）227

10.4团体标准230

10.4.1《液/气双通道散热数据中心机房设计规范》(T/CIE 051—2018)230

10.4.2《非水冷板式间接液冷数据中心设计规范》231

10.4.3《单相浸没式直接液冷数据中心设计规范》233

10.4.4《数据中心蒸发冷却空调技术规范》(TDZJN 10—2020)235

10.4.5《液/气双通道散热系统通用技术规范》(T/CIE 050—2018)24710.5相关白皮书249

10.5.1《绿色数据中心白皮书》—2019249

10.5.2《数据中心间接蒸发冷却技术白皮书》254

10.5.3《数据中心冷源系统技术白皮书》257

10.5.4《数据中心蒸发冷却冷水系统及高效空调末端集成技术白皮书》264

参考文献