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数据中心蓄冷系统选择

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时间: 2018-11-28
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在数据中心的大型空调水系统中,为了达到连续制冷的功能,采用的措施主要是蓄冷技术。在Uptime T4等级的数据中心要求里,明确要求了连续制冷功能;在其他规范和标准里面,对于这个功能没有明确而具体的要求。但针对非有计划的失电时,仍然需要保证空调系统提供正常冷却功能的数据中心来说,设置蓄冷系统不失为一个既技术可行又经济的选择。

为什么数据中心选择水蓄冷系统?

工程中常用的蓄冷介质有下列三种蓄冷介质:

:利用水的温度变化储存显热量,蓄冷温度一般取4,蓄冷温差为511。水的单位体积蓄冷量较小,为5.812.77kW·hm3,蓄冷贮槽体积较大。制冷机可以按常规空调工况或者稍低温度运行。

:利用冰的溶解潜热储存冷量,制冰温度一般取—4—8℃;冰的单位体积蓄冷量较大,为4050kW·hm3,冰蓄冷贮槽所占容积较水蓄冷小。冰蓄冷可提供较低的供水温度,但至少1台制冷机为双工况型,在制冰期间的效率会有所下降。

3. 共晶盐:无机盐与水的混合物称为共晶盐,共晶盐的相变温度一般为57℃。该蓄冷方式的单位体积蓄冷量约为20.8kW·hm3,所需蓄冷槽的体积介于冰蓄冷和水蓄冷之间。制冷机可按常规空调工况运行。

综上所述,水蓄冷是单位体积蓄冷量最小的蓄冷方式,需要的蓄冷槽容积最大;尽管如此,水蓄冷系统依然是目前数据中心常用的蓄冷形式。为什么选择水蓄冷而不是选择其他蓄冷方式呢?有以下几个原因:

数据中心项目的冷冻水温度都较高,有的系统冷冻水供回水温度做到17/23℃;如果采用水蓄冷,冷水机的运行可以做到只有一种工况,而不是采用双工况冷水机,按照系统供水水温提供出水温度即可,可以在原有冷机参数的基础上设计蓄冷系统的水温参数,并且可以保证供冷及蓄冷工况时的冷水机效率均较高。

2. 数据中心的蓄冷时间较短,满足市电柴电转换时间即可,一般设置为15分钟,也可以更短,所以水蓄冷单位体积蓄冷量小的劣势没那么明显,数据中心的场地可以满足设置水蓄冷罐,也可以在规范和功能许可下与其它一些水池有条件的合用。

数据中心的放冷时间不规律,且对安全可靠性要求很高,冰蓄冷和共晶盐都需要增加中间换热器,泵等专有蓄放冷设备,而水蓄冷可直接并联或串联进入冷冻水系统,与冷冻水系统共用水泵,蓄放冷过程简单,可实现机械式转换,安全可靠性高,能随时切入放冷,适应突然失电的情况。

水蓄冷的蓄冷温度提高,相对冰蓄冷和共晶盐蓄冷节省了向周围环境的散冷量,而数据中心的蓄冷罐需要一直保持蓄冷状态,节约此部分能耗有较大的节能意义。


为什么冷机与蓄冷罐并联?


按照冷水机与蓄冷罐的系统里的关系,可以有三种形式:

冷水机组在蓄冷罐下游的串联形式;

冷水机组在蓄冷罐上游的串联形式;

冷水机组与蓄冷罐并联

对于舒适型空调系统,设计蓄冷系统目的是为了利用电价差进行节能;而数据中心的空调系统,设计蓄冷系统目的是为了数据中心的连续制冷,当然也可以在特定条件下,利用这个系统进行充放冷运行而达到一部分节能的目的。而数据中心的蓄冷系统相对于舒适性空调的蓄冷系统来说,应该更加简单可靠。


数据中心蓄冷系统选择

蓄冷罐与冷机串联系统示意图



数据中心蓄冷系统选择


蓄冷罐与冷机并联系统示意图

对于舒适性空调水蓄冷系统,需要考虑的过程为:1、单制冷机供冷运行工况;2、单制冷机蓄冷工况;3、单蓄冷罐放冷工况;4、制冷机供冷蓄冷罐蓄冷联合工况;5、制冷机蓄冷罐联合放冷工况;6、待机。而数据中心空调系统仅需要考虑:1、单制冷机供冷运行工况;2、单蓄冷罐放冷工况;3、制冷机供冷蓄冷罐蓄冷联合工况;4、待机(仅限于调试阶段)。

3时,当采用冷水机组在蓄冷罐上游的串联形式时,会出现短时间末端供水温度不稳定情况;当采用冷水机组在蓄冷罐下游的串联形式时,会出现蓄冷罐的蓄水温度高于冷水机供水温度的情况。当采用冷水机组与蓄冷罐并联形式时,没有以上问题,而且系统可以做到简单可靠。因此,对于大型数据中心蓄冷系统,一般不推荐使用串联形式,宜采用并联方式;对于小型的数据中心蓄冷系统,考虑一次泵系统简单可靠,采用串联也未尝不可。


数据中心系统蓄冷系统典型系统


下面是数据中心的比较典型的带蓄冷功能的冷冻水系统示意图,仅供各位读者参考。每个数据中心都有独特的需求,蓄冷系统需要根据具体项目情况,采用合理的蓄冷技术进行设计,以达到满足数据中心安全节能的运营要求。

1)小型数据中心冷冻水蓄冷系统

  • 闭式水蓄冷罐(N

  • 管路双环路


数据中心蓄冷系统选择


2)大型数据中心冷冻水蓄冷系统

  • /闭式水蓄冷罐(N

  • 管路双环路


数据中心蓄冷系统选择


两种系统各有优劣点,在数据中心项目中,一次泵系统相较于二次泵系统水泵能耗相对更低,二次泵系统相较于一次泵系统更安全可靠。每个数据中心都有独特的需求,蓄冷系统需要根据具体项目情况,采用合理的蓄冷技术进行设计,以达到满足数据中心安全节能的运营要求。


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