1、冷水機組設(shè)備選型應(yīng)注意哪些？

數(shù)據(jù)中心的冷水機組選型：

（1）螺桿式冷水機組和離心式冷水機組（ 從輸出冷量大小的角度選擇 ）

（2）還有高壓冷水機組和低壓冷水機組（ 供電電壓等級角度選擇 ）

這些不同特性設(shè)備的選擇依據(jù)主要是其所承載的業(yè)務(wù)特性以及設(shè)備運行的經(jīng)濟性。

1.1 高壓與低壓冷水機組的選擇

GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第8.2.4條規(guī)定：

當前數(shù)據(jù)中心的暖通設(shè)計中，在滿足GB 50736—2012第8.2.4條的情況下，冷水機組的冗余設(shè)計通常采用n＋1的方式，其中n臺采用高壓定頻冷水機組，1臺采用低壓變頻冷水機組。

當負載低時用1臺低壓變頻冷水機組，當負載達到一定值后啟用高壓冷水機組。

表1  高壓冷水機組與低壓冷水機組的對比

1.2 定頻與變頻冷水機組的選擇

對于定頻與變頻冷水機組的選擇除了考慮設(shè)備投資成本外，還要考慮定頻與變頻冷水機組各自的運行特性以及與數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)發(fā)展分階段建設(shè)的負載匹配性。

圖1  某品牌冷水機組COP與負荷率的關(guān)系曲線圖

由上圖：

低負荷率下變頻冷水機組COP與負荷率的關(guān)系曲線存在波峰，有一個最佳運行的負荷率區(qū)間（40％～60％）；

在此區(qū)間內(nèi)變頻冷水機組較定頻冷水機組有很大優(yōu)勢，而在高負荷率（90％～100％）時變頻冷水機組和定頻冷水機組的COP相當。

圖2  某品牌冷水機組COP與冷卻水溫的關(guān)系曲線圖

由上圖：

在冷卻水溫低于25 ℃時變頻冷水機組相比定頻冷水機組在COP方面表現(xiàn)突出，但在25 ℃以上的冷卻水溫下二者的COP相當。這就要求在冷水機組選型時應(yīng)考慮與冷卻塔選型的匹配性，還要關(guān)注當?shù)氐臍庀髼l件。

1.3 冷水機組n＋1設(shè)計時n的選擇

電動壓縮式機組的臺數(shù)及單機制冷量的選擇應(yīng)滿足空氣調(diào)節(jié)負荷變化規(guī)律及部分負荷運行的調(diào)節(jié)要求，一般為2~4臺。

假定單臺冷水機組的可靠性是0.99，那么n臺冷水機組并聯(lián)的可靠性邏輯方框圖如圖3所示。

圖3 冷機并聯(lián)可靠性邏輯方框圖

n＋1臺冷水機組并聯(lián)系統(tǒng)可靠性計算公式如下：

（1）式中：R n＋1為n＋1冷水機組并聯(lián)的系統(tǒng)可靠性；r為單臺冷水機組的可靠性，取0.99。

通過計算，當n取1～5臺時，冷水機組并聯(lián)臺數(shù)越多，并聯(lián)運行的可靠性越低，單臺冷水機組的負荷率越高，冷凍水系統(tǒng)可用的冷量冗余量越低（見表2）。

表2  n＋1臺冷水機組并聯(lián)運行可靠性、負荷率和冗余量

注：η為單臺冷水機組的負荷率，?為冷凍水系統(tǒng)冷量的冗余量。

另外，變頻與定頻冷水機組的選型分析表明，單臺冷水機組的負荷率越高，變頻冷水機組COP越低。 因此，冷水機組并聯(lián)臺數(shù)較多時宜采用定頻冷水機組，且n不宜大于3。

2、水泵并聯(lián)該設(shè)計選型？

水泵與冷水機組通常設(shè)計成一一對應(yīng)的關(guān)系，且并聯(lián)運行，系統(tǒng)對水泵的配置臺數(shù)也有限制。以單臺100 m3/h的水泵為例進行分析，如表3所示。

表3  水泵并聯(lián)運行的流量衰減情況

當并聯(lián)臺數(shù)超過3臺時，流量衰減超過29%，即使再增加水泵數(shù)量，總流量的增加也不顯著，導(dǎo)致2種結(jié)果：

3、蓄冷罐應(yīng)該如何設(shè)計選型？

數(shù)據(jù)中心須采用蓄冷罐進行一定時間冷量后備。常見的水蓄冷罐有圓柱形和長方形2種。

在數(shù)據(jù)中心的蓄冷罐方案設(shè)計中，常見的蓄冷罐與冷水機組的位置關(guān)系有串聯(lián)和并聯(lián)2種。

3.1  蓄冷罐與冷水機組串聯(lián)

圖4  蓄冷罐與冷水機組串聯(lián)

如圖4所示：

另外蓄冷罐串聯(lián)在冷凍水系統(tǒng)中，水流方向保持不變，增加系統(tǒng)阻力，冷凍水泵揚程必須加大且耗電量增加。

3.2 蓄冷罐與冷水機組并聯(lián)

圖5  蓄冷罐與冷水機組并聯(lián)

蓄冷罐與冷水機組并聯(lián)（見圖5）時，由于水在蓄冷罐的自然分層特性，蓄冷罐在蓄冷時出水溫度也達11 ℃，但該蓄冷罐出水并不進入設(shè)備而直接回到冷水機組，因此并不影響空調(diào)末端性能。

在放冷時，蓄冷罐的進水端變成出水端，水流方向發(fā)生變化，空調(diào)末端還是由蓄冷罐提供10 ℃冷凍水，而不會發(fā)生冷熱水流混合。

可見，在蓄冷罐方案設(shè)計選型時應(yīng)采用蓄冷罐與冷水機組并聯(lián)的方案。

4、管網(wǎng)應(yīng)該如何設(shè)計選型？

圖6  某運營商數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計

數(shù)據(jù)中心管網(wǎng)設(shè)計一般結(jié)合各自建筑特點及負荷特性。

如圖6所示，某運營商的數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計5臺冷水機組（4＋1運行）保障設(shè)備層面的可靠性，設(shè)計5臺板式換熱器進行自然冷卻。在管網(wǎng)設(shè)計方面采用雙供雙回的雙管制和環(huán)管制相結(jié)合的方式，保障管路系統(tǒng)的可靠性，并且在數(shù)據(jù)中心一般不會進行管網(wǎng)分區(qū)和采用二次泵系統(tǒng)，因為數(shù)據(jù)中心的供冷半徑通常較小，除非數(shù)據(jù)中心的供冷來自園區(qū)的冷凍站而不是數(shù)據(jù)中心的專用冷凍站。

4.1 管網(wǎng)設(shè)計方案選擇

在管網(wǎng)設(shè)計方面，有多種方案（見圖7）可以選擇，各方案優(yōu)缺點如表4所示。

圖7  管網(wǎng)設(shè)計類型       

表4   不同管網(wǎng)設(shè)計的特點及優(yōu)缺點

4.2 管道防凍方案選擇

數(shù)據(jù)中心解決冬季的管道防凍問題，常見的方案有：

（1）向冷卻水系統(tǒng)中添加乙二醇溶液

（2）對冷卻水管道電伴熱

4.2.1添加乙二醇溶液

添加的乙二醇溶液能夠降低水溶液的冰點從而防止結(jié)凍，如圖8所示，25％質(zhì)量百分數(shù)的乙烯乙二醇溶液的冰點為－10.7 ℃。

這種方法簡便，但缺點是：

（1） 乙二醇溶液比熱容比純水的比熱容高0.43 kJ/（kg?℃）， 將降低水溶液的冷卻性能；

（2） 乙二醇溶液 黏度比純水的 黏度增大2倍多， 會 增加了水溶液的黏性（見表5），導(dǎo)致系統(tǒng)管路阻力增加；

（3）乙二醇溶液對管路設(shè)備有輕微腐蝕性，需要進行物理隔離；

圖8  防凍液質(zhì)量濃度與冰點關(guān)系

表5   不同防凍液的熱物性

4.2.2 管道電伴熱

數(shù)據(jù)中心的管道電伴熱一般為20～30 W/m，伴熱長度一般達150 m左右，電壓220 V或110 V，有防爆和不防爆之分。

優(yōu)點：不與水接觸并不會降低冷卻性能；

缺點：施工相對復(fù)雜，伴熱均勻性差，伴熱長度有限 ，對施工工藝要求高， 檢修維護頻繁，與節(jié)能 理念相悖 。

圖9 管道電伴熱示意圖      

圖10  結(jié)冰時間與內(nèi)管壁溫度的關(guān)系

4.2.3 水流自適應(yīng)

圓管內(nèi)流體是否結(jié)冰僅與圓管內(nèi)表面最低溫度有關(guān)，而與圓管內(nèi)流體流速無關(guān)。當圓管內(nèi)表面最低溫度高于一定溫度（-5.2 ℃）時，圓管內(nèi)流動的水在1 800 s內(nèi)不再發(fā)生結(jié)冰，如圖10所示。

一般情況下供水溫度10 ℃，外包20 mm厚保溫棉，在室外氣溫高于-5 ℃的地區(qū)，其管內(nèi)水溫在冬季必大于-5 ℃，此種情況下無須采取防凍措施。

本文標題：數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該注意哪些問題

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