數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)優(yōu)化試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中，以下哪種制冷方式的顯熱比（SHR）最高？A.風(fēng)冷式精密空調(diào)B.水冷式冷水機組C.直接蒸發(fā)式（DX）空調(diào)D.自然冷卻型冷凍水系統(tǒng)2.某數(shù)據(jù)中心采用冷熱通道隔離方案，若熱通道溫度長期高于設(shè)計值（35℃），最可能的原因是？A.服務(wù)器出風(fēng)口風(fēng)量不足B.地板下靜壓箱漏風(fēng)率低于5%C.空調(diào)回風(fēng)口與熱通道完全隔離D.冷通道門未關(guān)閉導(dǎo)致冷風(fēng)短路3.衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的PUE（電源使用效率）計算公式為？A.數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗B.IT設(shè)備能耗/數(shù)據(jù)中心總能耗C.制冷系統(tǒng)能耗/IT設(shè)備能耗D.（制冷+供電）能耗/IT設(shè)備能耗4.下列哪種自然冷卻技術(shù)適用于年均溫度低于15℃的高緯度地區(qū)？A.間接蒸發(fā)冷卻（IEC）B.直接新風(fēng)冷卻（DCC）C.乙二醇溶液熱交換D.冷卻塔免費供冷5.數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中，“露點溫度”過低會導(dǎo)致的主要問題是？A.制冷量不足B.空氣含濕量過高C.顯熱比下降，潛熱制冷占比增加D.風(fēng)機能耗降低6.某數(shù)據(jù)中心采用行間空調(diào)（In-Row）制冷，若服務(wù)器機柜功率密度為8kW/架，最合理的空調(diào)部署方式是？A.每2個機柜配置1臺5kW行間空調(diào)B.每1個機柜配置1臺10kW行間空調(diào)C.每3個機柜配置1臺20kW行間空調(diào)D.每4個機柜配置1臺15kW行間空調(diào)7.制冷系統(tǒng)中，離心式冷水機組相比螺桿式冷水機組的主要優(yōu)勢是？A.部分負荷效率更高B.初投資更低C.適合小冷量場景D.運行振動更小8.數(shù)據(jù)中心氣流組織優(yōu)化中，“地板下靜壓箱高度”推薦值為？A.100-200mmB.300-600mmC.800-1000mmD.1200-1500mm9.下列哪種制冷劑屬于低全球變暖潛值（GWP）替代方案？A.R22（GWP=1700）B.R410A（GWP=2088）C.R32（GWP=675）D.R134a（GWP=1430）10.制冷系統(tǒng)節(jié)能改造中，“變頻技術(shù)”主要通過調(diào)節(jié)以下哪個參數(shù)實現(xiàn)節(jié)能？A.制冷劑流量B.壓縮機轉(zhuǎn)速C.冷凝器面積D.膨脹閥開度二、填空題（每空2分，共20分）1.數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的核心目標是維持IT設(shè)備進風(fēng)溫度在______℃范圍內(nèi)（ASHRAEA3級標準）。2.制冷循環(huán)的四大核心部件是壓縮機、______、膨脹閥和蒸發(fā)器。3.衡量氣流組織效率的關(guān)鍵指標是______（AE），其值越______（高/低）表示氣流短路越少。4.自然冷卻模式下，冷卻塔免費供冷的觸發(fā)條件是室外濕球溫度低于______℃（典型值）。5.精密空調(diào)的“顯熱比”是指顯冷量與______的比值，數(shù)據(jù)中心空調(diào)推薦顯熱比不低于______。6.水冷系統(tǒng)中，冷凍水供回水溫度差（ΔT）越大，相同冷量下______（水流量/水泵功率）越小。7.數(shù)據(jù)中心PUE的理想值為______，當(dāng)前行業(yè)先進水平約為______。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述數(shù)據(jù)中心采用“冷熱通道隔離”技術(shù)的核心原理及實施要點。2.對比分析“風(fēng)冷式精密空調(diào)”與“水冷式冷水機組+末端風(fēng)機盤管（FCU）”兩種制冷方案的優(yōu)缺點。3.說明“變頻離心式冷水機組”在部分負荷下的節(jié)能原理，并列舉2項提升其部分負荷效率的設(shè)計措施。4.某數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)運行中出現(xiàn)“服務(wù)器進風(fēng)溫度波動大”的問題，可能的原因有哪些？請?zhí)岢?項排查與解決措施。5.解釋“間接蒸發(fā)冷卻（IEC）”的工作原理，并說明其在高溫高濕地區(qū)的適用性限制。四、計算題（每題10分，共20分）1.某數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備總功率為2000kW，制冷系統(tǒng)總能耗為800kW，供電系統(tǒng)（包括UPS、變壓器）能耗為400kW。計算該數(shù)據(jù)中心的PUE值、制冷系統(tǒng)占總能耗比例，以及若通過自然冷卻改造將制冷能耗降低30%，改造后的PUE值為多少？2.某服務(wù)器機柜尺寸為600mm（寬）×1000mm（深）×2200mm（高），內(nèi)部部署10臺單臺功率500W的服務(wù)器，進風(fēng)溫度要求25℃，出風(fēng)溫度35℃。假設(shè)空氣密度為1.2kg/m3，空氣定壓比熱容為1.005kJ/(kg·℃)，計算該機柜所需的冷卻風(fēng)量（單位：m3/h）。五、案例分析題（20分）某互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心（位于華北地區(qū)，年均溫度12℃）投運3年后，制冷系統(tǒng)出現(xiàn)以下問題：-PUE從1.5上升至1.8；-部分機柜進風(fēng)溫度超過30℃（設(shè)計值27℃）；-水冷冷水機組COP（能效比）從4.5下降至3.8。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)：-地板下靜壓箱存在多處漏風(fēng)點（漏風(fēng)率約15%）；-冷卻塔填料結(jié)垢嚴重，水流量降低20%；-部分機柜未按設(shè)計要求封閉冷通道，冷風(fēng)與熱空氣混合；-冷水機組冷凍水供回水溫度差（ΔT）從5℃降至3℃。請結(jié)合以上信息，分析制冷系統(tǒng)效率下降的具體原因，并提出5項針對性的優(yōu)化措施（需說明技術(shù)原理及預(yù)期效果）。答案一、單項選擇題1.D（自然冷卻型冷凍水系統(tǒng)以顯熱交換為主，顯熱比可達0.95以上）2.D（冷通道未封閉會導(dǎo)致冷風(fēng)未充分進入機柜即與熱空氣混合，熱通道溫度升高）3.A（PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗）4.B（直接新風(fēng)冷卻依賴低溫室外空氣，適用于年均溫度低、空氣質(zhì)量好的地區(qū)）5.C（露點溫度過低時，空調(diào)需更多能量除濕，潛熱制冷占比增加，顯熱比下降）6.B（機柜功率8kW，行間空調(diào)需覆蓋其散熱，10kW可滿足需求并留10%-20%冗余）7.A（離心式機組在滿負荷和部分負荷下效率更高，適合大冷量場景）8.B（300-600mm為推薦高度，過低導(dǎo)致氣流阻力大，過高增加成本）9.C（R32的GWP顯著低于其他選項，是主流替代制冷劑）10.B（變頻技術(shù)通過調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，匹配實際冷量需求，降低能耗）二、填空題1.18-27（ASHRAEA3級標準為18-27℃，A4級為20-35℃）2.冷凝器（制冷循環(huán)四大部件：壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器）3.氣流效率指數(shù)（AE）；高（AE=機柜進風(fēng)量/空調(diào)送風(fēng)量，AE越高表示短路越少）4.15（典型觸發(fā)溫度為15℃，具體需結(jié)合機組設(shè)計）5.總冷量；0.9（數(shù)據(jù)中心以顯熱為主，推薦顯熱比≥0.9）6.水流量（Q=cmΔT，ΔT越大，水流量越小，水泵功率降低）7.1；1.1-1.3（理想PUE=1，即僅IT設(shè)備耗能；先進水平約1.1-1.3）三、簡答題1.核心原理：通過物理隔離冷通道（空調(diào)送風(fēng)口區(qū)域）與熱通道（服務(wù)器出風(fēng)口區(qū)域），避免冷熱空氣混合，提高制冷效率。冷通道內(nèi)為低溫新風(fēng)，熱通道內(nèi)為高溫回風(fēng)，形成“冷→設(shè)備→熱→空調(diào)”的單向氣流路徑，減少無效循環(huán)。實施要點：①封閉冷通道或熱通道（推薦冷通道封閉），使用封閉門、盲板、頂部密封板；②確保地板下靜壓箱氣密性（漏風(fēng)率＜5%）；③調(diào)整空調(diào)送風(fēng)口與機柜進風(fēng)匹配，避免局部風(fēng)量不足；④監(jiān)控通道內(nèi)溫度均勻性，避免熱點。2.風(fēng)冷式精密空調(diào)：-優(yōu)點：獨立控制、安裝靈活（無需外部水系統(tǒng)）、初投資低；-缺點：能效比（COP）較低（約2.5-3.5）、依賴室外環(huán)境溫度（高溫時制冷能力下降）、冷凝器需定期清潔。水冷式冷水機組+FCU：-優(yōu)點：COP高（4.0-6.0）、集中冷源便于管理、受室外溫度影響?。?缺點：需配套冷卻塔/板式換熱器、初投資高、維護復(fù)雜（需水處理）、存在漏水風(fēng)險。3.節(jié)能原理：變頻離心式冷水機組通過變頻器調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，匹配實際冷量需求。部分負荷時，降低轉(zhuǎn)速可減少壓縮機功耗（功耗與轉(zhuǎn)速立方成正比），同時通過導(dǎo)葉調(diào)節(jié)優(yōu)化制冷劑流量，避免傳統(tǒng)定頻機組“大馬拉小車”的低效運行。設(shè)計措施：①采用磁懸浮軸承（減少摩擦損耗）；②配置經(jīng)濟器（利用中間壓力制冷劑閃發(fā)，提升制冷量）；③優(yōu)化葉輪氣動設(shè)計（提高部分負荷效率）。4.可能原因：①空調(diào)送風(fēng)流量波動（如風(fēng)機變頻故障）；②地板下靜壓箱漏風(fēng)導(dǎo)致局部風(fēng)量不足；③機柜盲板缺失（未安裝的服務(wù)器位置未封閉，冷風(fēng)短路）；④熱通道未封閉，熱空氣倒灌至冷通道；⑤空調(diào)回風(fēng)溫度傳感器故障，導(dǎo)致控制邏輯失調(diào)。解決措施：①檢查空調(diào)風(fēng)機變頻器及控制程序，校準風(fēng)量；②使用煙霧測試法檢測靜壓箱漏風(fēng)點并密封；③補齊機柜盲板（尤其是空置U位）；④封閉熱通道或冷通道，安裝密封門；⑤校驗溫度傳感器，優(yōu)化空調(diào)群控策略（如根據(jù)機柜進風(fēng)溫度動態(tài)調(diào)整送風(fēng)量）。5.工作原理：間接蒸發(fā)冷卻通過兩個獨立空氣通道（一次風(fēng)與二次風(fēng)）進行熱交換。一次風(fēng)（進入數(shù)據(jù)中心的冷風(fēng)）與二次風(fēng)（室外空氣）在換熱器表面接觸，二次風(fēng)蒸發(fā)吸熱降低一次風(fēng)溫度，但一次風(fēng)與二次風(fēng)不直接混合，避免引入室外濕度和污染物。適用性限制：高溫高濕地區(qū)（如華南）室外空氣濕度大，二次風(fēng)蒸發(fā)潛力?。ㄕ舭l(fā)冷卻效率=（干球溫度-濕球溫度）/（干球溫度-露點溫度）），導(dǎo)致冷卻效果顯著下降；同時，高濕度可能導(dǎo)致?lián)Q熱器表面結(jié)露，增加腐蝕風(fēng)險。四、計算題1.計算過程：-PUE=（IT能耗+制冷能耗+供電能耗）/IT能耗=（2000+800+400）/2000=3200/2000=1.6；-制冷系統(tǒng)占比=800/3200=25%；-改造后制冷能耗=800×(1-30%)=560kW；-改造后總能耗=2000+560+400=2960kW；-改造后PUE=2960/2000=1.48。答案：原PUE=1.6，制冷占比25%，改造后PUE=1.48。2.計算過程：-機柜總散熱量Q=10臺×500W=5000W=5kW；-空氣溫升ΔT=35℃-25℃=10℃；-冷卻風(fēng)量公式：Q=ρ×c×V×ΔT（其中ρ=1.2kg/m3，c=1.005kJ/(kg·℃)=1005J/(kg·℃)，V為體積流量m3/s）；-轉(zhuǎn)換單位：Q=5000J/s=ρ×c×V×ΔT→V=Q/(ρ×c×ΔT)=5000/(1.2×1005×10)≈0.414m3/s；-換算為m3/h：0.414×3600≈1490.4m3/h（取整約1500m3/h）。答案：約1500m3/h。五、案例分析題原因分析：1.靜壓箱漏風(fēng)（漏風(fēng)率15%）：冷風(fēng)未進入機柜即從漏點流失，導(dǎo)致實際送風(fēng)量不足，機柜進風(fēng)溫度升高；同時空調(diào)需增大送風(fēng)量補償漏風(fēng)，增加風(fēng)機能耗。2.冷卻塔結(jié)垢（水流量降低20%）：冷卻水溫升高（冷卻塔換熱效率下降），冷水機組冷凝壓力升高，壓縮機功耗增加（COP降低）。3.冷通道未封閉：冷熱空氣混合，部分冷風(fēng)未參與服務(wù)器散熱即被空調(diào)回收，形成無效循環(huán)，制冷效率下降。4.冷凍水ΔT降低（從5℃降至3℃）：相同冷量下，水流量需增加（Q=cmΔT），水泵功耗上升；同時冷水機組蒸發(fā)器換熱溫差減小，制冷效率降低。優(yōu)化措施：1.靜壓箱密封改造：使用煙霧測試定位漏風(fēng)點（如地板接縫、管線穿孔），采用密封膠、防火堵料填充；改造后漏風(fēng)率降至5%以下。預(yù)期效果：送風(fēng)量有效利用率提升10%，空調(diào)風(fēng)機能耗降低15%-20%。2.冷卻塔清洗與水處理：化學(xué)清洗填料結(jié)垢層（使用緩蝕阻垢劑），安裝自動加藥系統(tǒng)維持水質(zhì)（控制濁度＜10NTU，總硬度＜200mg/L）。預(yù)期效果：冷卻水溫降低2-3℃，冷水機組COP回升至4.2以上。3.冷通道封閉改造：為未封閉機柜加裝頂部密封板和雙開玻璃門，確保冷通道與熱