數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計綜述

1、1引言隨著互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量和處理能力持續(xù)增長,這種增長導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的發(fā)熱密度持續(xù)增加,從而使數(shù)據(jù)中心的散熱成為一個日益突出的技術(shù)難點和重點,這也就意味著數(shù)據(jù)中心對于空調(diào)制冷系統(tǒng)的依賴程度和要求逐年增高;而由于集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)總體制冷效率更高,且可以方便采用多種可靠的節(jié)能技術(shù)(自然冷卻技術(shù)等,所以越來越多的數(shù)據(jù)中心采用了集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)。一個數(shù)據(jù)中心的設(shè)計使用壽命一般都會在10年以上,而空調(diào)系統(tǒng)是除IT 設(shè)備以外最大的耗能系統(tǒng),無論是從社會責(zé)任還是企業(yè)內(nèi)部的經(jīng)濟效益考慮,我們都要努力打造一套長壽命、低能耗、低故障、可擴展的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)。而一個好的、合理的設(shè)計方案會

2、大量地節(jié)省初投資,能夠采用更加成熟的產(chǎn)品和技術(shù)來滿足數(shù)據(jù)中心壽命期內(nèi)的需要,并且可以通過有效地降低PUE 、初投資(CAPAX ,來實現(xiàn)TCO 的節(jié)省。2集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)集中冷源系統(tǒng)主要由制冷設(shè)備和管路組成,由于傳統(tǒng)的集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)中可能存在單點故障,而發(fā)生單點故障必然會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)無法制冷;傳統(tǒng)建筑可以容忍短暫的搶修時間,但對于發(fā)熱量特別大的數(shù)據(jù)中心機房,空調(diào)系統(tǒng)即便僅停止工作幾分鐘,就會造成IT 設(shè)備的高溫和宕機,所以冷凍水系統(tǒng)存在的單點故障隱患對數(shù)據(jù)中心威脅巨大,必須盡量消除。水管路、閥門、冷水機組、冷凍水型末端均需考慮冗余設(shè)計。由于系統(tǒng)擴容相對復(fù)雜,設(shè)計之初就要考慮好管路設(shè)計和接

3、口預(yù)留。集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)還需要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的用途和設(shè)計級別來進行相應(yīng)調(diào)整,目前主要參考國內(nèi)(GB50174和國際(TIA-942的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行,具體參見表1。數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計綜述朱洪波阿爾西制冷工程技術(shù)(北京有限公司數(shù)據(jù)中心事業(yè)部總經(jīng)理,博士摘要介紹了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計要點,包括冷水機組、水泵、冷卻塔、蓄冷裝置、水系統(tǒng)管路的分類及選型。并根據(jù)不同氣候條件提出了不同的制冷系統(tǒng)架構(gòu)的建議。關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)中心集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能自然冷卻部份自然冷卻全部自然冷卻冷水機組機房空調(diào)水泵冷卻塔蓄冷水管路表1TIA-942標(biāo)準(zhǔn)與GB50174標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于集中冷源式空調(diào)系

4、統(tǒng)的冗余配置對比集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)的常見形式參見圖1。3制冷設(shè)備集中冷源系統(tǒng)中的制冷設(shè)備種類較多,最重要的幾種包括制冷機、水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、蓄冷設(shè)備等。3.1制冷機數(shù)據(jù)中心制冷機的選擇,應(yīng)按各類制冷機的特性,結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖彝鈿庀髼l件、水源(包括水量、水溫及水質(zhì)、電源和熱源(包括熱源性質(zhì)、品位高低等情況,結(jié)合數(shù)據(jù)中心全年供冷的特點,從初投資和運行費用進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較來選擇可靠、高效、節(jié)能、合理的圖1數(shù)據(jù)中心主機房流程圖(僅供參考制冷機。(1適合數(shù)據(jù)中心的制冷機種類電驅(qū)動的制冷機按壓縮機形式分為離心式、螺桿式、活塞式,這3種形式制冷機的能效由高到低的順序是:離心式機組、螺桿式機組、活

5、塞式機組。各類機組各有其特點,應(yīng)用其所長。電驅(qū)動的制冷機按冷凝器冷凝方式分為風(fēng)冷機組和水冷機組。風(fēng)冷機組風(fēng)冷機組通過風(fēng)冷冷凝器與外界空氣換熱,利用風(fēng)(空氣換熱帶走熱量,產(chǎn)生冷水。風(fēng)冷機組的優(yōu)勢:節(jié)約水資源,環(huán)保;安裝在室外,如屋頂,無需建造專用機房,不占有效建筑面積;省去了冷卻水系統(tǒng):冷卻塔、冷卻水泵、管網(wǎng)及其水處理設(shè)備,節(jié)省了這部分初投資和運營費用。水冷機組水冷機組通過水冷冷凝器與冷卻塔提供的冷卻水換熱,利用冷卻水帶走熱量,來產(chǎn)生冷水。水冷機組的優(yōu)勢:應(yīng)用范圍廣,技術(shù)成熟,造價低;夏季制冷能效高,節(jié)能;噪音源低于風(fēng)冷機組。數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷機組或水冷機組兩種形式均有選用,冬季寒冷地區(qū)多選用帶自然冷

6、卻的風(fēng)冷機組,長江流域或以南地區(qū)多選用水冷機組。根據(jù)數(shù)據(jù)中心有無生活熱水需求,還可以選用是否帶熱回收裝置的風(fēng)冷機組或水冷機組。數(shù)據(jù)中心選用離心式或螺桿式兩種類型機組,數(shù)據(jù)中心經(jīng)常根據(jù)自身需要同時配備離心式與螺桿式兩種類型的冷水機組。(2制冷機選型數(shù)據(jù)中心選擇制冷機時,要考慮數(shù)據(jù)中心全年空調(diào)冷負(fù)荷的分布規(guī)律,結(jié)合制冷機在滿載運行和部分負(fù)載運行時的COP 值,合理地選擇機型、臺數(shù)和調(diào)節(jié)方式,提高制冷系統(tǒng)在部分負(fù)荷下的運行效率,以降低全年總能耗。數(shù)據(jù)中心的冷水機組一般選用2臺以上機組,以滿足N+12N 的冗余方式。冷水機組之間要考慮其互為備用和輪換使用的可能性。冷水機組采用冗余配置,具備不間斷供冷,

7、保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。同一站房內(nèi)可采用不同類型、不同容量的機組搭配的組合式方案,以節(jié)約能耗。并聯(lián)運行的機組中至少應(yīng)選擇一臺或幾臺自動化程度較高,調(diào)節(jié)性能較好,能保證部分負(fù)荷下能高效運行的機組。選擇制冷機時應(yīng)考慮其對環(huán)境的污染:一是噪音和振動,要滿足周圍環(huán)境的要求;二是制冷劑對大氣臭氧層的危害程度和產(chǎn)生溫室效應(yīng)的大小,要采用ODP (消耗臭氧潛能值和GWP (全球變暖潛能值較小的環(huán)保制冷劑。3.2水泵(1冷凍水泵流量:1.051.1倍機組額定流量。揚程:閉式循環(huán),僅克服系統(tǒng)的阻力損失,考慮10%的富裕量。數(shù)據(jù)中心冷凍水泵的循環(huán)系統(tǒng)按照從冷機到末端采用一次供水,或是二次供水分為單式泵循環(huán)和復(fù)式泵循

8、環(huán)系統(tǒng)。單式泵環(huán)路系統(tǒng)如圖2所示,數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)的單式泵環(huán)路系統(tǒng)多采用冷水機組與一次泵一一對應(yīng)配置方式。一次泵環(huán)路系統(tǒng)存在以下3類形式:圖2單式泵系統(tǒng)示意圖用戶側(cè)定流量(用戶側(cè)采用三通閥變冷水溫差調(diào)節(jié),冷水機組側(cè)也為定流量,一次泵為工頻泵。用戶側(cè)變流量(用戶側(cè)采用二通閥變冷水流量調(diào)節(jié),冷水機組側(cè)為定流量,一次泵為工頻泵。為了恒定供回水管的水力工況,保持機組側(cè)冷水流量的穩(wěn)定,在分水器與集水器之間裝設(shè)旁通管和壓力控制的調(diào)節(jié)閥。當(dāng)用戶側(cè)流量減少,供回水壓差變大,旁通閥開度增大,反之減少。用戶側(cè)變流量,冷水機組側(cè)也為變流量,一次泵為變頻泵;一次泵變流量系統(tǒng)選擇可變流量的冷水機組,即蒸發(fā)器側(cè)流

9、量隨用戶側(cè)流量變化而改變,從而最大限度地降低水泵能耗。系統(tǒng)特點:系統(tǒng)設(shè)計簡單,初投資少,適用于系統(tǒng)較小或各環(huán)路負(fù)荷特征或壓力損失相差不大的中小型數(shù)據(jù)中心。復(fù)式泵環(huán)路系統(tǒng)如圖3所示,數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)的冷水機組與一次泵一一對應(yīng)配置,二次泵大多采用多臺泵并聯(lián)的方式。復(fù)式泵環(huán)路系統(tǒng)的一次回路包含機組、一次泵、供回水管路、旁路管;二次回路包含用戶側(cè)末端裝置、二次泵、供回水管路、旁通管。復(fù)式泵環(huán)路系統(tǒng)存在以下兩類形式:用戶側(cè)定流量(用戶側(cè)采用三通閥變冷水溫差調(diào)節(jié),冷水機組側(cè)也為定流量,一次泵和二次泵均為工頻泵。用戶側(cè)變流量(用戶側(cè)采用二通閥變冷水流量調(diào)節(jié),冷水機組側(cè)為定流量,一次泵為工頻泵,二次泵

10、為變頻泵。系統(tǒng)特點:節(jié)省運行費用,初投資大,自控要求高,占地面積大,適用于規(guī)模較大的空調(diào)系統(tǒng)或各用戶側(cè)阻力相差甚大的場合,適用于大型數(shù)據(jù)中心。(2冷卻水泵流量:1.051.1倍機組額定流量。揚程:H=H1+H2+P1+P2+P3。H:水泵計算揚程(m。H1:允許吸上高度(m。H2:冷卻塔噴水壓力,一般為5m。P1:機組內(nèi)的阻力損失。P2、P3:管路系統(tǒng)的沿程和局部阻力損失。(3水泵并聯(lián)一臺泵單獨工作時的流量,大于并聯(lián)工作時每臺泵的流量。兩臺泵并聯(lián)工作時,其流量不能比單臺泵工作時成倍增加,這在多臺泵并聯(lián)時就更明顯。圖4為5臺同型號水泵并聯(lián)的工作特性曲線,對比數(shù)據(jù)參見表2。由以上的分析不難得出:在

11、總流量一定的情況下,并聯(lián)的水泵數(shù)量越多,流量損失越大。因此,建議盡量選擇單臺大流量的水泵替代多臺并聯(lián)的小流量水泵,這樣效率更高,初投資更儉省。3.3水處理在空調(diào)水系統(tǒng)中,由于腐蝕物、微生物、Ca+、Mg+等物質(zhì)的存在,在運行一段時間后,會在機組蒸發(fā)器、冷凝器、末端空調(diào)設(shè)備的表冷器及管道內(nèi)壁形成污垢和腐蝕。隨著污垢的增大,水流阻力增大,機組效率下降,壽命縮短。因此,必須對數(shù)據(jù)中心空調(diào)的水系統(tǒng)進行處理。空調(diào)水系統(tǒng)的水處理方法可采用化學(xué)處理,軟化圖3復(fù)式泵系統(tǒng)示意圖水裝置及電子水處理儀等。另外,水過濾也是必須重視的問題。在空調(diào)系統(tǒng)實施完成后,管道中通常會存在許多雜物,如焊渣、生料帶、砂石等;安裝水過

12、濾器的目的是去除管道中的這些雜物,保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運行。水過濾器通常設(shè)置在水泵、制冷機組、空調(diào)器等進水管上。3.4冷卻塔系統(tǒng)(1數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)通常采用開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),具體參見圖5。開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)注意事項:每臺冷卻塔應(yīng)布置在同一水平高度上。每臺塔的集水盤上都應(yīng)裝平衡管,防止水盤的水位產(chǎn)生高低落差。由于空氣中的污染物質(zhì)(如塵土、雜物、細(xì)菌、可溶性氣體等易進入水中,使微生物大量繁殖,形成生物淤泥、藻類等,因此每臺塔的出水管上應(yīng)設(shè)置過濾器,最低點應(yīng)設(shè)置排污口。冷卻塔的集水盤必須有足夠的容積,存水量約取循環(huán)量的1%3%。(2冷卻塔的分類按形狀分:方形、圓形。圖45臺同型號水泵并聯(lián)表2

13、5臺同型號水泵并聯(lián)對比圖5開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)按通風(fēng)形式分:逆流式、橫流式。按處理溫差分:普通型T=5、中溫型T= 8、高溫型T8。數(shù)據(jù)中心多選用普通型橫流式方形冷卻塔。(3冷卻塔的選用循環(huán)水量的計算:q v=(1.051.10q v1。其中,q v為冷卻水量(m3/h;q v1為機組所需的冷卻水額定循環(huán)量(m3/h。冷卻水進出口溫度:數(shù)據(jù)中心選普通型冷卻塔或由制造廠家進行具體的選型。環(huán)境濕球溫度:參照規(guī)范及實際情況,如市區(qū)比郊區(qū)高12;當(dāng)濕球溫度從28提高到29,冷卻塔冷卻能力下降16%19%,這樣選型時應(yīng)適當(dāng)加大型號。必須滿足環(huán)境允許噪音標(biāo)準(zhǔn)。其他還應(yīng)考慮冷卻塔的漂水率、比電耗、使用壽命、材

14、料等參數(shù)。(4冷卻塔的性能進出水溫度。冷幅:冷卻水出水溫度與進風(fēng)濕球溫度之差;冷幅越小,塔熱工性能越好。冷效:進出水溫差與冷幅之比;冷效越大,塔熱工性能越好。噪音:分為普通型、低噪音型、極低噪音型。比電耗:冷卻塔將1水處理到要求的溫度風(fēng)機耗電量;國家規(guī)定普通型冷卻塔在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(進出水32/37、環(huán)境濕球溫度28的比電耗應(yīng)小于0.04。耗水量:水量的消耗有蒸發(fā)水量(約占循環(huán)量的0.97%、漂水量(占循環(huán)量的0.1%0.2%,帶有擋板的小于0.01%以及為降低電解質(zhì)的排污量(約占循環(huán)量的0.3%。以上3部分取1.3%2%。氣水比:指單位時間內(nèi),冷卻塔流通空氣的質(zhì)量和流通冷卻水質(zhì)量的比值;太小,蒸

15、發(fā)不好;太大,風(fēng)機噪音增大。(5冷卻塔的主要結(jié)構(gòu)填料(散熱片:基本熱交換媒介,大大增加了水和空氣的接觸面積。集水器:將氣流中的水滴隔出,引導(dǎo)氣流到適當(dāng)?shù)牧飨?減少風(fēng)機馬力,降低冷卻塔的總阻力。布水系統(tǒng):布水系統(tǒng)把循環(huán)水均勻地分布到填料上。百葉窗:將飛濺的水滴阻擋在冷卻塔內(nèi),及輔助導(dǎo)入空氣。冷卻塔的圍護結(jié)構(gòu)。3.5蓄冷系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的動力來源均為電力,雖然主要系統(tǒng)、部件都設(shè)置了冗余、備份,但還需要考慮為空調(diào)系統(tǒng)供電的電力系統(tǒng)發(fā)生意外停電故障時,空調(diào)系統(tǒng)仍然需要維持正常運行。在常規(guī)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,備用的柴油發(fā)電機組可以緊急啟動提供后備電力,從柴油發(fā)電機組啟動至穩(wěn)定供電的過程一般需要3min。冷水

16、機組在正常供冷過程中遇到停電故障時會進入故障保護狀態(tài),在電力供應(yīng)恢復(fù)后,離心式冷水機組的壓縮機導(dǎo)葉先恢復(fù)至正常開機的初始狀態(tài),再經(jīng)過冷水機組控制系統(tǒng)對冷水循環(huán)水泵、冷卻水循環(huán)水泵、冷卻塔等相關(guān)部件進行巡檢,并確認(rèn)正常運行后,冷水機組才能正常啟動,這段恢復(fù)冷水機組系統(tǒng)恢復(fù)正常供冷過程一般需要110min不等。在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計中為了能很好地解決這一安全隱患,在空調(diào)系統(tǒng)中可通過設(shè)置蓄冷設(shè)施,儲備備用冷量來解決這一問題。配置的蓄冷設(shè)施提供的持續(xù)供冷時間一般為1015min。數(shù)據(jù)中心的蓄冷方式主要有冰蓄冷系統(tǒng)及水蓄冷系統(tǒng)兩種:通過制冰方式,以相變潛熱儲存冷量,并在需要時融冰釋放出冷量的系統(tǒng)稱為冰蓄冷系統(tǒng)

17、;利用水的顯熱儲存冷量的系統(tǒng)稱為水蓄冷系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心的空調(diào)冷負(fù)荷主要為機房內(nèi)設(shè)備的散熱負(fù)荷,在一天24h中的每個時刻都基本不會變化,屬于一個穩(wěn)定負(fù)荷,這部分負(fù)荷占整個數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負(fù)荷的比例可達(dá)到90%以上。根據(jù)數(shù)據(jù)中心這一負(fù)荷結(jié)構(gòu)情況的特點,水蓄冷系統(tǒng)更適合數(shù)據(jù)中心冷量備份的需求。水蓄冷系統(tǒng)采用閉式蓄冷罐,可與原空調(diào)系統(tǒng)“無縫”連接,無需再額外配置蓄冷冷源或?qū)υ到y(tǒng)用冷水機組進行調(diào)整;水蓄冷系統(tǒng)的冷水溫度與原系統(tǒng)的空調(diào)冷水溫度相近,可考慮直接使用,不需設(shè)額外的設(shè)備對冷水溫度進行調(diào)整;水蓄冷系統(tǒng)控制簡單,運行安全可靠,在出現(xiàn)緊急狀況時可及時投入使用。蓄冷罐的容積可按系統(tǒng)需要的蓄冷量進行計算,同

18、時考慮到蓄冷罐與整個水系統(tǒng)為串聯(lián)連接,系統(tǒng)管路也可視為蓄冷罐的一部分,管路中的冷水保有量也可作為一部分的蓄冷水量。系統(tǒng)需要的蓄冷水量為:V =Q/(tzCp 其中,V 為蓄冷水量(m 3;Q 為蓄冷量(kcal ;為蓄冷裝置的容積效率,一般取0.960.99;為蓄冷水密度,取1000kg /m 3;tz 為釋冷回水溫度與蓄冷進水溫度間溫度差;Cp 為水的定壓熱容量,1kcal/kg.。管道系統(tǒng)中的保有冷水量為:V1=R2L 。其中,V1為管道系統(tǒng)保有冷水量(m 3;R 為管道半徑(m ;L 為供水總管道長度(m ;蓄冷罐容積為V2=V-V1(m 3。4水管路系統(tǒng)在集中冷源系統(tǒng)中連接各個制冷設(shè)備

19、的是水管路,如同人體的血管一般重要,制冷系統(tǒng)是否能夠正常工作,它起到了至關(guān)重要的作用。在數(shù)據(jù)中心中,由于考慮到不間斷供冷的需要,所以集中冷源系統(tǒng)中的水管路必須考慮冗余設(shè)計,而目前比較常用的管路形式有兩種,即環(huán)形管路系統(tǒng)和雙管路系統(tǒng)。4.1環(huán)形管路系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心集中冷源系統(tǒng)中,冷凍水主干管首尾相接構(gòu)成環(huán)路,形成環(huán)狀管路系統(tǒng),具體形式參見圖6、7。此管路形式具有良好的備份功能,當(dāng)管路局部發(fā)生故障時,可經(jīng)其他連接管路繼續(xù)向用戶供冷,即便系統(tǒng)中某臺冷水機組出現(xiàn)故障不能向系統(tǒng)供冷時,其他冷水機組也可以向該系統(tǒng)管網(wǎng)繼續(xù)供冷,由此看出環(huán)狀管路系統(tǒng)的可靠性極高。此管路形式適合較為大型和復(fù)雜的集中冷源系統(tǒng),可以

20、配置多臺冷水機組,且需要根據(jù)系統(tǒng)冗余能力增加分段閥門以便于檢修和增容。4.2雙管路系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心集中冷源系統(tǒng)中,冷凍水的供回水主管道和末端空調(diào)水管路采用兩供兩回的2N 形式和雙路管道形式,具體形式如圖8所示。此種管路形式較環(huán)形管路更為簡單,設(shè)計與施工更加方便,且管路中的閥門數(shù)量較少,但可靠性不如環(huán)形管路高,從一套管路切換到另外一套管路有時間延遲,不適合較為大型和復(fù)雜的系統(tǒng),比較適合中小型集中冷源系統(tǒng)使用。5自然冷卻系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)中心是耗能大戶,而空調(diào)系統(tǒng)在整個數(shù)據(jù)中心的能耗占比超過30%,僅次于IT 設(shè)備的能耗,所以在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中,對節(jié)能的重視程度日益高漲,而自然冷卻技術(shù)作為最核心的節(jié)

21、能技術(shù),根據(jù)數(shù)據(jù)中心地理位置、氣候條件、能源供給等方面的不同特點,會有不同的表現(xiàn)形式和架構(gòu)類型。其中,最為成熟和常見的有以下3種形式:5.1數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組,是專門為中大型數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計制造的高可靠性的集中圖6冷凍水環(huán)路系統(tǒng)圖7冷卻水環(huán)路系統(tǒng)式冷源。與數(shù)據(jù)中心配套安裝于機房內(nèi)的冷凍水型機房空調(diào)一起組成了數(shù)據(jù)中心機房專用的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組的主要部件包括螺桿式壓縮機、風(fēng)冷冷凝器、冷凝風(fēng)機、膨脹閥、蒸發(fā)器,還包含了自然冷卻盤管、電動三通閥等。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組的原理:在電腦控制系統(tǒng)管理下,當(dāng)冷

22、凝器的進風(fēng)溫度低于回水溫度2時,自然冷卻便開始工作,進入部分自然冷卻模式,從數(shù)據(jù)機房出來的回水被送到自然冷卻盤管先利用室外低溫空氣進行冷卻,這是預(yù)冷卻的階段;再被送到蒸發(fā)器冷卻,減輕壓縮機的工作負(fù)荷。自然冷卻盤管與壓縮機機械制冷同時工作。隨著冷凝器的進風(fēng)溫度逐漸降低,自然冷卻制冷量逐漸增加,壓縮機機械制冷量逐漸減少,當(dāng)冷凝的進風(fēng)溫度降到設(shè)定值時,進入全部自然冷卻模式,冷卻工作全靠自然冷卻盤管完成,壓縮機機械制冷停止運行。節(jié)能比例可達(dá)20%80%,該系列機組應(yīng)用于北京地區(qū)全年節(jié)能量約為39%,應(yīng)用于沈陽地區(qū)全年節(jié)能量約為61%,應(yīng)用于哈爾濱地區(qū)全年節(jié)能量約為72%。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水

23、機組系列單臺機組制冷量從1151744kW。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組適用于長江流域或以北的大部分地區(qū)。室外環(huán)境越低,冬季越長的地區(qū),節(jié)能量越大。自然冷卻風(fēng)冷冷水機組機械制冷原理圖參見圖9。自然冷卻風(fēng)冷冷水機組自然冷卻原理圖參見圖10。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組優(yōu)勢:帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組配置了螺桿式壓縮機,具有較高的運行可靠性。能滿足數(shù)據(jù)中心具有全年365天,每天24h連續(xù)運行的特點。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組綜合能效要比單元式直接蒸發(fā)式機房空調(diào)的能效要高,在同等負(fù)荷條件下,更加節(jié)能。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)對應(yīng)的采用集中式空調(diào)水系統(tǒng)形式,故自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)可實施更多的

24、節(jié)能技術(shù)。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)適用于新建的中大型數(shù)據(jù)中心,節(jié)能潛力大,值得大力推廣。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)的優(yōu)勢:更適合在北方低溫地區(qū)數(shù)據(jù)中心使用,與水冷冷水機組相比系統(tǒng)相對簡單,運維管理方便,不存在冬季冷卻水凍結(jié)圖8末端雙管路系統(tǒng)等問題。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組的缺點:夏季等高溫季節(jié)能效比較低,在南方地區(qū)數(shù)據(jù)中心節(jié)能量比較小,使用受到限制。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組具有3種運行模式:機械制冷模式:三通閥5在A 位正常打開,B 位關(guān)閉。從數(shù)據(jù)機房出來的回水直接進蒸發(fā)器冷卻。壓縮機與風(fēng)冷冷凝器均運行在機械制冷模式。部分自然冷卻模式:當(dāng)空氣溫度降到低于回水溫度2時,三通閥5在B 位

25、打開,A 位關(guān)閉,回水直接進入自然冷卻盤管,在進入蒸發(fā)器前先利用室外空氣進行冷卻,部分自然冷卻模式時,回水是靠自然冷卻盤管預(yù)冷卻再靠壓縮機機械制冷的蒸發(fā)器冷卻。全部自然冷卻模式:當(dāng)空氣溫度降到設(shè)定值時,三通閥5在B 位打開,A 位關(guān)閉,冷卻工作全靠自然冷卻盤管進行,壓縮機機械制冷停止工作。5.2數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)目前,中央空調(diào)形式的中大型數(shù)據(jù)中心最常用的圖10自然冷卻風(fēng)冷冷水機組自然冷卻原理圖圖9自然冷卻風(fēng)冷冷水機組機械制冷原理圖兩種空調(diào)形式:一種是數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng);另一種就是數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)。

26、水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)在長江流域的中大型數(shù)據(jù)中心比較常見,為數(shù)據(jù)中心機房、程控交換機房、計算機房等多種高精度要求的高科技設(shè)備場所專門設(shè)計制造的高可靠性符合工藝要求的專用冷源。與水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻設(shè)備配套安裝于機房內(nèi)的空調(diào)設(shè)備冷凍水型機房空調(diào)一起組成了數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)包含了螺桿式水冷冷水機組(或離心式水冷冷水機組、冷凍水循環(huán)水泵、冷卻水循環(huán)水泵、開式冷卻塔、板式換熱器、電動三通閥門、電動兩通閥等主要設(shè)備。如圖11所示,數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻

27、塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)的工作原理如下:(1當(dāng)開式冷卻塔的出水溫度低于冷凍水系統(tǒng)的回水溫度3時,進入板式換熱器自然冷卻與冷水機組聯(lián)合運行工作模式,這時V4與V5電動三通閥的A-C 與A-B 向均導(dǎo)通,部分冷卻塔出水進冷水機組的冷凝器,部分冷卻塔出水進入板式換熱器;V2電動兩通閥全開,V3電動兩通閥全關(guān),從數(shù)據(jù)機房空調(diào)設(shè)備出來較高溫度的回水先進入板式換熱器初步降溫,再進入冷水機組蒸發(fā)器進一步降溫,達(dá)到供水溫度后被送入數(shù)據(jù)機房空調(diào)設(shè)備。板式換熱器自然冷卻與冷水機組聯(lián)合運行時,冷水機組的部分負(fù)載工作,冷水機組的一部分負(fù)載被自然冷卻系統(tǒng)代替。自然冷卻系統(tǒng)替代了冷水機組螺桿壓縮機的部分負(fù)載,從而產(chǎn)生節(jié)

28、能量。(2環(huán)境溫度逐漸降溫,冷卻塔出水溫度進一步下降,從數(shù)據(jù)機房空調(diào)設(shè)備出來較高溫度的回水先進入板式換熱器初步降溫到冷凍水的供水溫度時,整個系統(tǒng)進入板式換熱器自然冷卻獨立運行工作模式。這時,冷水機組停止運行,V4與V5電動三通閥的A-C 向?qū)?A-B 向關(guān)斷,所有冷卻水均進入板式換熱器,V2電動兩通閥全關(guān),V3電動兩通閥全開,冷凍水不再經(jīng)過冷水機組的蒸發(fā)器。板式換熱器自然冷卻獨立運行時,冷水機組為全部負(fù)載被自然冷卻系統(tǒng)代替。自然冷卻系統(tǒng)替代了冷水機組螺桿壓縮機的全部負(fù)載,節(jié)能量非常顯著。數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)適用于長江流域地區(qū)。室外環(huán)境越低,冬季越長的地區(qū),

29、節(jié)能量越大。數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)優(yōu)勢:圖11水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)原理圖網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 電信網(wǎng)技術(shù) 2014 年 10 月第 10 期 比， 數(shù)據(jù)中心水冷冷水機組在機械制冷工況時效率更 高、 更節(jié)能。 耗， 降低運行成本， 延長機組使用壽命。 與前面介紹的帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機組系統(tǒng)對 右， 而采用水冷冷水機組+開式冷卻塔+板式換熱器的 節(jié)能比例僅有 11%。 應(yīng)用地表水自然冷卻系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢， 主要體現(xiàn) 在兩方面： （1） 使用臨近水源 地表水自然冷卻系統(tǒng)充分利用了自然環(huán)境的能 源， 大大減少了冬季冷水機組和相關(guān)輔助設(shè)備的運行， 延長了冷水機組和相關(guān)輔助設(shè)備的壽命。不但降低整 個系統(tǒng)的運行能耗， 還減少了二氧化碳、 二氧化硫和氮 氧化物的排放。在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時， 也為 國家創(chuàng)造環(huán)境效益。 （2） 運