電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的社會里，計(jì)算機(jī)越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有可靠的運(yùn)行，才能發(fā)揮其效益，而計(jì)算機(jī)的可靠運(yùn)行，需要一個(gè)比較嚴(yán)格的物理環(huán)境。如供電、配電、溫度、濕度、潔凈度等，這樣就需要有一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)房系統(tǒng)滿足計(jì)算機(jī)對環(huán)境的要求。各種類型的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC，Internet Data Center），企業(yè)數(shù)據(jù)中心，災(zāi)備中心（或稱災(zāi)備恢復(fù)中心，BRC，business recovery center）等都屬于電子信息系統(tǒng)機(jī)房（數(shù)據(jù)中心），在國民經(jīng)濟(jì)及人們的日常生活中，越來越發(fā)揮其重大作用。在電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目中，溫度要求恒定，常年需要使用制冷設(shè)備，冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和冷卻塔

2、設(shè)計(jì)有一定特點(diǎn)。1. 電子信息系統(tǒng)機(jī)房（數(shù)據(jù)中心）項(xiàng)目制冷特點(diǎn)及節(jié)能需求1.1電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目發(fā)熱及制冷特點(diǎn)。電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目的發(fā)熱主要來源于機(jī)房內(nèi)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等IT設(shè)備在運(yùn)行過程中散發(fā)的熱量，以及變電所、配電室、UPS電池室等電氣設(shè)備運(yùn)行過程中散發(fā)的熱量。這些設(shè)備發(fā)熱的特點(diǎn)是設(shè)備集中，發(fā)熱量大，連續(xù)運(yùn)行，并且一年四季發(fā)熱量基本保持恒定。要保持機(jī)房內(nèi)和電氣房間內(nèi)的空氣溫度在一定的范圍內(nèi)，這就需要大量的冷風(fēng)將熱量帶走。數(shù)據(jù)中心一般采用機(jī)房專用空調(diào)，這是考慮到IT設(shè)備的特點(diǎn)，在相同制冷量的基礎(chǔ)上，風(fēng)量遠(yuǎn)大于舒適性空調(diào)，能夠迅速、有效地帶走IT設(shè)備散發(fā)的熱量。由于IT設(shè)備和電氣設(shè)備一年

3、四季發(fā)熱量基本保持恒定，使得數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目對制冷量的需求一年四季也基本保持恒定，制冷系統(tǒng)需要常年穩(wěn)定運(yùn)行。1.2機(jī)房冷通道、熱通道的設(shè)置與節(jié)能。由于整個(gè)制冷系統(tǒng)需要常年運(yùn)行，如何節(jié)能顯得尤為重要。在工藝設(shè)備布置上，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備為前進(jìn)風(fēng)/后出風(fēng)方式冷卻時(shí)，機(jī)柜采用面對面、背對背的布置方式。機(jī)柜面對面布置形成冷風(fēng)通道，背對背布置形成熱風(fēng)通道，配合合理布置送回風(fēng)口取得合理氣流組織，提高空調(diào)設(shè)備的使用效率，能夠降低空調(diào)設(shè)備的功耗。冷通道內(nèi)溫度可以設(shè)置為1827，相應(yīng)熱通道溫度可以設(shè)置為2938，此運(yùn)行工況完全能夠保證機(jī)柜正常運(yùn)行，且提高了回風(fēng)溫度后，可以提高末端空調(diào)水-空氣側(cè)換熱效率。冷、熱通道的分隔

4、，使得制冷系統(tǒng)可以采用中溫冷凍水供冷，這樣便提高冷凍機(jī)效率，整個(gè)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。中溫冷凍水常采用供水溫度1213，回水溫度1718，根據(jù)具體項(xiàng)目不同技術(shù)參數(shù)要求。合理選擇中溫冷凍水供回水溫度，與冷凍機(jī)相匹配，可以節(jié)能。一般是采用溫差為6的大溫差供回水，這樣可以減小循環(huán)水量，縮小管道直徑。2. 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1冷卻塔自由冷卻的使用與節(jié)能由于數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的機(jī)房可以采用中溫冷凍水，這就使得利用冷卻塔冬季自由冷卻以及過渡季節(jié)部分自由冷卻有一定的可實(shí)施性及方便性。當(dāng)采用閉式冷卻塔時(shí)，冬季可以替換冷凍機(jī)，直接供機(jī)房中溫冷凍水。當(dāng)采用開式冷卻塔時(shí)，冬季利用冷卻塔的低溫出水，采用板式換熱器換熱，制備

5、中溫冷凍水，冷凍機(jī)可以完全不開，系統(tǒng)節(jié)能。過渡季節(jié)采用預(yù)冷模式，冷凍機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行，降低能耗。2.2冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行模式數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目常用制冷方案有多種，采用水冷冷凍水機(jī)組+自由冷卻系統(tǒng)是比較節(jié)能的方案之一。本方案組成設(shè)備包含：水冷冷水機(jī)組（冷凍機(jī)）、冷卻水泵、冷卻塔、板式換熱器、冷凍水泵、定壓補(bǔ)水裝置、加藥裝置、蓄冷水罐、末端空調(diào)機(jī)組等。此系統(tǒng)運(yùn)行模式：運(yùn)行模式一：制冷模式。夏季及過渡季，當(dāng)冷卻塔出水溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，為正常制冷模式。冷卻塔出水供冷凍機(jī)用冷卻水，冷凍機(jī)工作，系統(tǒng)電能消耗最大。運(yùn)行模式二：預(yù)冷模式。過渡季及冬季，當(dāng)冷卻塔出水溫度降低到一定溫度時(shí)（一般比冷凍水回水溫度低1.5），就

6、可以使用預(yù)冷模式。此模式下，冷卻塔出水經(jīng)過板式換熱器與冷凍水回水先進(jìn)行熱交換后再進(jìn)入冷凍機(jī)，供冷凍機(jī)用冷卻水。冷凍機(jī)另外一側(cè)，經(jīng)過板式換熱器降低一定溫度的冷凍水回水，進(jìn)入冷凍機(jī)，制備冷凍水。此模式下，板式換熱器工作，冷凍機(jī)也工作，但冷凍機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷僅為30%70%，可減少電能消耗。運(yùn)行模式三：自由冷卻模式。冬季，當(dāng)冷卻塔出水溫度低于空調(diào)系統(tǒng)需要的冷凍水供水溫度1.5左右時(shí)，就可以進(jìn)入自由冷卻模式。冷卻塔低溫出水經(jīng)過板式換熱器與冷凍水回水進(jìn)行熱交換，直接制備冷凍水。此時(shí)，冷凍機(jī)完全停止工作，只有冷卻塔和循環(huán)水泵等在工作，系統(tǒng)大幅度減少電能消耗。2.3冷卻塔選型設(shè)計(jì)參數(shù)當(dāng)采用水冷冷凍水機(jī)組+自由冷

7、卻系統(tǒng)時(shí)，冷卻塔參數(shù)的正確選擇，運(yùn)行的穩(wěn)定性，也成為整個(gè)冷卻水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能的重要因素。一般其他類型項(xiàng)目是冬季需要的冷量小，夏季需要的冷量大，在冷卻塔選型時(shí)，按照夏季運(yùn)行工況選擇，冬季是能夠滿足要求的。在水冷冷凍水機(jī)組+自由冷卻系統(tǒng)中，冷卻塔運(yùn)行有夏季工況和冬季自由冷卻兩種工況，需要按照兩種工況進(jìn)行選擇及校核。以北京地區(qū)某項(xiàng)目為例，對冷卻塔夏季與冬季運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較如下：運(yùn)行工況循環(huán)冷卻水量出水溫度進(jìn)水溫度設(shè)計(jì)濕球溫度夏季500m3/h333829冬季425m3/h10.515.56.5備注：夏季冷卻塔的散熱量為冷凍機(jī)的制冷量與冷凍機(jī)輸入功率之和，冬季自由冷卻塔模式下冷卻塔的散熱量僅為制備

8、冷凍水的制冷量，故夏季冷卻塔循環(huán)冷卻水量大于冬季循環(huán)冷卻水量。結(jié)合以上各項(xiàng)參數(shù)，對冷卻塔冬季與夏季各個(gè)參數(shù)的選擇加以說明：夏季冷卻塔循環(huán)水量：冷凍機(jī)制備冷凍水需要的冷量加上冷凍機(jī)輸入功率，折算的循環(huán)水量。夏季冷卻塔出水溫度：結(jié)合冷凍機(jī)選型工況確定，與當(dāng)?shù)貪袂蛞灿嘘P(guān)系。冷卻塔出水溫度與濕球溫度之差越大，冷卻塔降溫越容易，選擇的塔型越小。夏季冷卻塔進(jìn)水溫度：結(jié)合冷凍機(jī)選型工況確定，一般進(jìn)水、出水溫差為56。夏季設(shè)計(jì)濕球溫度：根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)以及冷卻塔冷卻效果保證率確定。冬季冷卻塔循環(huán)水量：冷凍機(jī)不工作情況下，僅為制備冷凍水需要的冷量折算的循環(huán)水量。冬季冷卻塔出水溫度：結(jié)合冷凍水供水溫度確定。有自由

9、冷卻需求的系統(tǒng)中，采用板式換熱器換熱時(shí)，一般比冷凍水供水溫度低1.52。冬季冷卻塔進(jìn)水溫度：結(jié)合出水溫度確定，一般進(jìn)水、出水溫差為56。冬季設(shè)計(jì)濕球溫度：根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)設(shè)計(jì)選定的計(jì)算溫度。2.4設(shè)計(jì)濕球溫度和冷卻塔出水溫度之間的關(guān)系。濕球溫度代表在某一地點(diǎn)某一時(shí)間，水通過蒸發(fā)所能達(dá)到的最低溫度。即水在冷卻塔中可能被冷卻到的最低溫度，也就是冷卻塔出水溫度的最低極限值。冷卻塔出水溫度實(shí)際上不能等于或低于濕球溫度，一般情況下冷卻塔出水溫度需高于濕球溫度3以上，即逼近度（Approach Temperature，指冷卻水塔出水溫度與外氣濕球溫度之差值）大于3。逼近度越小冷卻塔出水溫度越難達(dá)到。2.5

10、冷卻塔冬季設(shè)計(jì)濕球溫度的選擇。電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目采用水冷冷凍水機(jī)組+自由冷卻系統(tǒng)，冬季冷卻塔設(shè)計(jì)濕球溫度的選擇是比較關(guān)鍵的參數(shù)。確定這個(gè)濕球溫度的意義在于，達(dá)到這個(gè)濕球溫度和低于這個(gè)濕球溫度時(shí)，系統(tǒng)就能夠自由冷卻。冬季能夠使用自由冷卻的天數(shù)越多，節(jié)約的電能就越多。但是在需要冷量不變情況下，濕球溫度定的高，與冷卻塔出水溫度之間差值越小，即逼近度越小，冷卻塔選型就會大，初次投資就會增加。相反濕球溫度定的低，冷卻塔塔型就會小些，冬季能夠達(dá)到天數(shù)就少，能夠使用自由冷卻的天數(shù)就少，節(jié)約電能的天數(shù)就少。所以冬季濕球溫度的選擇，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)，結(jié)合具體項(xiàng)目冷凍水需要水溫情況、項(xiàng)目初次投資和運(yùn)行費(fèi)用預(yù)

11、期等具體情況分析確定。電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目，冷卻塔冬季運(yùn)行出水溫度是結(jié)合冷凍水供水溫度確定的，一般比冷凍水供水溫度低1.52。冬季冷卻塔設(shè)計(jì)采用的濕球溫度比需要的冷卻塔出水溫度低45左右，這樣既能控制初次設(shè)備投資又能做到節(jié)約日后運(yùn)行費(fèi)用。2.6冷卻塔冬季和夏季運(yùn)行參數(shù)的校核一般情況下，有自由冷卻要求的冷卻水系統(tǒng)，應(yīng)按照冬季冷卻塔運(yùn)行參數(shù)選塔，再對夏季運(yùn)行工況進(jìn)行校核。在滿足冷卻塔出水溫度、進(jìn)水溫度和夏季濕球溫度情況下，該塔制冷能力有很大富裕量，有時(shí)富裕量能高達(dá)80100%。因此有自由冷卻需求的系統(tǒng)中冬季才是冷卻塔選型的主要工況。2.7冷卻塔塔型選擇由于電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目冷卻塔是按照冬季工況選

12、型，在塔型選擇上，最好選用小塔型，多臺組合使用，并且變頻控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。比如按照冬季運(yùn)行工況選擇兩臺或是三臺冷卻塔并聯(lián)使用對應(yīng)一臺冷凍機(jī)，在夏季可以變頻控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行或是在適當(dāng)時(shí)候停止一臺冷卻塔風(fēng)機(jī)，既能滿足夏季運(yùn)行工況，又能減少電能消耗。冬季當(dāng)濕球溫度比較低時(shí)，在保證冷卻塔出水溫度滿足使用要求的情況下，風(fēng)機(jī)也可以變頻運(yùn)行甚至在溫度比較低時(shí)停止一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行。3. 冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水可靠性3.1可靠補(bǔ)水的需求電子信息系統(tǒng)機(jī)房的規(guī)模和重要性差異較大，有幾萬平方米的機(jī)房，也有幾十平方米的機(jī)房。一萬平方米的機(jī)房，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水量每小時(shí)約為60008000噸。當(dāng)采用開式冷卻塔時(shí)，冷卻塔補(bǔ)水量大約為每小時(shí)100

13、噸。由于機(jī)房環(huán)境要求冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)不能間斷，冷卻塔補(bǔ)水雖然可以短時(shí)間間斷，但也需要考慮冷卻塔補(bǔ)水可靠性問題。電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目，市政最好能有雙路供水或有條件的設(shè)置自備井作為備用供水源。3.2補(bǔ)水池的設(shè)置一般電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目的都會考慮設(shè)置補(bǔ)水池，貯存冷凍水系統(tǒng)補(bǔ)水、冷卻塔用補(bǔ)水等生產(chǎn)用水。補(bǔ)水池容積需要根據(jù)機(jī)房重要性及該地區(qū)市政供水情況來確定，一般可采用812小時(shí)的補(bǔ)水量。對于重要性和等級比較高的機(jī)房項(xiàng)目以及經(jīng)常發(fā)生斷水情況的地區(qū)，水池容積最好不小于24小時(shí)補(bǔ)水量。4. 其他問題開式冷卻塔冬季使用時(shí)進(jìn)風(fēng)口處結(jié)冰現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，結(jié)冰會影響到進(jìn)風(fēng)量，從而影響冷卻效率。如何避免或是盡量減少結(jié)冰，是冷卻塔廠商需要解決的技術(shù)問題。一般電子信息系統(tǒng)機(jī)房項(xiàng)目要求有備用機(jī)組，冷卻塔也需要與冷凍機(jī)對應(yīng)設(shè)置備用機(jī)，并且為熱備，要求能夠隨時(shí)啟動(dòng)，立刻投入運(yùn)行。為保證冬季備用冷卻塔能夠隨時(shí)啟動(dòng)，塔盤需要有水，北方地區(qū)就需要設(shè)置塔盤電加熱棒，管道也需要設(shè)置保溫電伴熱系統(tǒng)?？偨Y(jié)在水冷冷凍水機(jī)組+自由冷卻系統(tǒng)中，冷卻塔設(shè)計(jì)應(yīng)以冬季工況為控制參數(shù)。冬季設(shè)計(jì)濕球溫度