数据中心蓄冷系统选择-孙长青

原创

数据中心DATACenter_PUE-POE

修改于 2019-08-20 10:30:03

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钛基数据设计总监孙长青

摘要：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 对于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。那么，到底选择什么蓄冷形式适合作为数据中心的蓄冷系统呢？关键词：数据中心水蓄冷冰蓄冷蓄冷罐一次泵二次泵

☆孙长青，本科，学士学位，高级工程师（暖通空调），设计总监

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：  水：利用水的温度变化储存显热量，蓄冷温度一般取4℃以上，蓄冷温差为5～11℃。水的单位体积蓄冷量较小，为5.8～12.77kW·h／m3，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。  冰：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40～50kW·h／m3，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。  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5～7℃。该蓄冷方式的单位体积蓄冷量约为20.8kW·h／m3，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，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；但水蓄冷是目前数据中心常用的蓄冷形式，为什么要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。
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形式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。蓄冷罐与冷机串联系统示意图

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）。在工况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。 3. 数据中心系统典型蓄冷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。