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活用水蓄冷罐提高制冷系统低载运行效率及稳定性

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时间: 2018-05-08
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应急水蓄冷系统

应急水蓄冷系统常见于中大型(>1000柜)采用冷水型的数据中心,

通常由一个储有满足应急后备时间(3-60min)冷量的水蓄冷罐组、阀门、管道、充放冷泵、控制系统构成。

其中充放冷泵,有条件的应优先利用循环泵而非增设独立泵来解决,节约系统投资。

应急水蓄冷系统与带应急供电的放冷末端与常规冷源构成一个应急供冷系统。

应急供冷系统保障的是数据中心不断冷,能够在意外断电或者冷机意外故障下,保持后备时间内数据中心冷量供应不受影响。

当然这种保障并不是没有条件的:

  • 应急供冷系统中所涉及的泵、放冷末端,阀门,控制系统等用电设备和系统,其电源后备时间不应少于应急蓄冷系统的后备时间,否则仅保障两者中更短的时间。

  • 应急供冷系统中所涉及的所有设备、系统发生故障,其保障时间/能力都有可能受到影响,受影响程度与这些所涉的冗余设计有关。

  • 系统的实际负载率如果只达到设计负载率的50%,实际供冷后备时间会达到设计后备时间的2倍。

应急水蓄冷系统实际上除了上述以水蓄冷罐中的水为载体外,还有其他的相变非相变的载体,可以应用在非冷水型的数据中心里。(冷水型数据中心包括水冷冷水型和风冷冷水型)


蓄冷罐的作用

应急/安全蓄冷:如上所述。

电力削峰填谷:在电力供应高价期(尖、峰、或有平)通过蓄冷罐系统放冷,而在电力供应优惠期(谷、或有平)通过水蓄冷罐系统蓄冷,来实现冷却系统电力负荷的削峰填谷。

活用:当冷机需要低/极低负载运行时,通过水蓄冷罐系统进行放冷来避免冷机低效/不稳定(喘振)运行。


水蓄冷罐的活用

数据中心场景中,应急和削峰填谷仅仅属于蓄冷罐容量的大小之分。

应急蓄冷罐容量较小,活用难度更大,所以我们仅以应急蓄冷罐的活用为例。

活用前,我们先要对蓄冷罐的性能有一个清晰的了解,仅仅达到ABC的级别肯定是不行的,不说对老婆的熟悉程度,起码也要达到对爱车的熟悉程度。


活用水蓄冷罐提高制冷系统低载运行效率及稳定性

活用水蓄冷罐提高制冷系统低载运行效率及稳定性

计算示例

3台1000RT的冷机,其中1台备用,2台负荷仍冗余10%,实际流量冗余15%,通过降频已经回到设计负荷下流量。水蓄冷按照实际需要计算,忽略管道蓄冷。

活用水蓄冷罐提高制冷系统低载运行效率及稳定性

为了确保安全可靠及不影响冷机寿命,同一小时内,禁止多次开关机,同一天内,调整运行方式减少开关机次数。两个限制可根据厂家承诺及相关经验进行判断。

单机负载率低于20%,对于部分机组在部分低温气候条件下,容易引发不稳定运行甚至自动保护,无法开机。

常见冷机的高效区间一般在40-100%之间。部分品牌是100%负荷下最高效,部分随气候其高效区间在40%-70%之间波动,少数多机头螺杆机在低负荷制冷效率最高。(多机头实际上相当于多机组合,4机头25%即相当于满载)

所以工况1-4均应考虑活用蓄冷罐来适应低负载以确保安全运行。如果每天冷机开启次数不建议超过6次(出于人力/设备安全考虑),则在工况4的时候,应考虑将系统供水温度和蓄水温度下降系统供回水温差*0.2℃。

工况5则需要权衡增加的人力与时间投入与收益的源自冷机的增效降本。

当然如果你冷机玩的转,其实在工况4的时候还可以限定冷机的最高输出不超过50%之类的,并对系统水泵进行相应的匹配设置,则可以同样轻松的实现1天就开关机1次。


结语

水蓄冷罐之外的管道蓄冷量实际上相当于变相扩大水蓄冷罐容积,减轻活用难度。

从文中水蓄冷罐蓄冷的温度布点图可以看出这是一个蓄冷时斜温层仍然稳定在0.5m以内的优秀应急水蓄冷系统

从图形可以推测,水蓄冷罐到了第6min的时候,罐内才形成稳定的斜温层,如果是你需要哪些资料才可以判断斜温层形成的真实时间呢?


        答案是根据系统计算蓄冷罐前/外的管道蓄水量

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