圖1 城市中水

我國水資源緊缺，利用效率低下。中水回用是提升水資源利用效率的有效途徑，可用于綠化灌溉、道路保潔、廁所沖洗等，并可作為冷/熱源。利用水源熱泵技術(shù)提升中水熱能品位有助于降低能源消耗。將中水回用于數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)可節(jié)約能源、降低水耗，然而在國內(nèi)相關(guān)研究和實際案例較少。文獻(xiàn)中提出了一種以中水作為冷卻水的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，并以某數(shù)據(jù)中心為例分析其節(jié)水、節(jié)能效益，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)水節(jié)能提供方案，促進(jìn)我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的綠色、低碳、高質(zhì)量發(fā)展。

根據(jù)研究顯示，中水中的氨氮、氯離子、硫酸根、有機(jī)物和濁度會對金屬造成不同程度的腐蝕。高濃度的氨氮會導(dǎo)致銅腐蝕，高濃度的有機(jī)物則會滋生細(xì)菌，對金屬表面造成微生物腐蝕。氯離子會腐蝕不銹鋼，不同不銹鋼的耐氯離子濃度限度不同。濁度較大時，雜質(zhì)或顆粒物會沉積在管道或換熱器表面，影響流通能力和換熱器的換熱性能，并加劇局部腐蝕。因此，在設(shè)計和選擇換熱器時需考慮這些物質(zhì)腐蝕的影響，并定期監(jiān)測相關(guān)物質(zhì)濃度。

表1 污水廠排水水質(zhì)指標(biāo)

常見的數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷卻水系統(tǒng)是直流式冷卻系統(tǒng)，使用中水進(jìn)行冷卻。在這種系統(tǒng)中，市政供水先進(jìn)入數(shù)據(jù)中心，用于冷卻空調(diào)系統(tǒng)，然后升溫的中水被送回市政供水管網(wǎng)或者排至河道。該系統(tǒng)的原理圖如圖所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心中水冷卻系統(tǒng)原理圖

在中水冷卻運(yùn)行時，系統(tǒng)操作如下：電動密閉閥V1和V2開啟，V3關(guān)閉，中水循環(huán)泵開啟，冷卻塔和冷卻水泵關(guān)閉。這樣，中水可以流動進(jìn)行冷卻。然而，當(dāng)中水系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要檢修，或者水量不足時，系統(tǒng)需要進(jìn)行調(diào)整。這時，需要開啟冷卻塔和冷卻水泵。具體操作如下：關(guān)閉V1和V2，并開啟V3。同時，冷卻塔和冷卻水泵啟動，以補(bǔ)充冷卻水量。

該系統(tǒng)在中水冷卻或備用冷卻塔冷卻時，可以切換為三種不同的運(yùn)行模式：冷水機(jī)組供冷模式、部分自然冷卻模式和完全自然冷卻模式。,以數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷水

供/回水溫度18 ℃/24 ℃為例，以下是對這三種模式的簡要說明：

1) 冷水機(jī)組供冷模式：當(dāng)中水或冷卻水供水溫度高于22.5℃時，冷水機(jī)組獨(dú)立向末端空調(diào)供冷，中水或備用冷卻塔作為冷水機(jī)組的冷卻源。這時自然冷卻板式換熱器停止運(yùn)行。

2) 部分自然冷卻模式：當(dāng)中水或冷卻水供水溫度在15.5℃至22.5℃之間時，冷水機(jī)組和自然冷卻板式換熱器共同向末端空調(diào)供冷。中水或冷卻水首先通過自然冷卻板式換熱器對空調(diào)回水進(jìn)行預(yù)冷卻，然后進(jìn)入冷水機(jī)組冷凝器進(jìn)行冷卻。被冷卻的冷水回水再進(jìn)入冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻，最后通過冷水循環(huán)泵供應(yīng)至末端空調(diào)進(jìn)行供冷。

3) 完全自然冷卻模式：當(dāng)中水或冷卻水供水溫度低于15.5℃時，系統(tǒng)直接利用中水或冷卻水通過自然冷卻板式換熱器和空調(diào)冷水換熱進(jìn)行供冷。此時冷水機(jī)組停止運(yùn)行。

以保定市某數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心采用中水冷卻的供冷系統(tǒng)原理如圖所示。該系統(tǒng)設(shè)計了5套供冷單元，其中1套為備用。每個供冷單元由冷水機(jī)組、冷水一級泵、冷水二級泵、冷卻水泵、冷卻塔、板式換熱器、中水循環(huán)泵和輔助電動密閉閥等組成。相比傳統(tǒng)供冷系統(tǒng)，該方案僅增加了中水循環(huán)泵、電動密閉閥以及附屬的室內(nèi)外管道和強(qiáng)弱電系統(tǒng)，因此投資較低。系統(tǒng)運(yùn)行時，中水循環(huán)泵從市政中水管網(wǎng)引入中水供給系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，冷卻后的中水再經(jīng)過室內(nèi)外管道供應(yīng)回市政中水管網(wǎng)，并通過市政加壓泵供給各用戶。

圖片

圖3 該數(shù)據(jù)中心中水冷卻系統(tǒng)原理圖

當(dāng)系統(tǒng)從冷卻塔模式切換至中水冷卻模式時，可以通過以下兩種方式進(jìn)行控制：

1) 依次遠(yuǎn)程手動開啟正在運(yùn)行制冷單元的中水循環(huán)泵和中水供回水管電動密閉閥。當(dāng)中水循環(huán)泵的頻率與冷卻水泵相同時，再關(guān)閉冷卻水泵、冷卻塔和對應(yīng)的冷卻水回水管電動密閉閥。

2) 首先遠(yuǎn)程手動開啟備用制冷單元的中水循環(huán)泵、中水供回水管電動密閉閥以及對應(yīng)模式下的供冷設(shè)備，即冷水機(jī)組或自然冷卻板式換熱器。當(dāng)運(yùn)行穩(wěn)定后，關(guān)閉一套供冷單元，并逐步使用上述方法開啟已關(guān)閉的供冷單元進(jìn)行中水冷卻，直到穩(wěn)定運(yùn)行后，再逐步將正在運(yùn)行的供冷單元切換到中水冷卻模式。

由于季節(jié)的變化會導(dǎo)致中水流量的變化，中水循環(huán)泵需要根據(jù)不同季節(jié)的水量進(jìn)行變頻運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)冷卻系統(tǒng)負(fù)荷和中水供水流量計的反饋值來計算實際需要的溫差，并根據(jù)該溫差來控制中水循環(huán)泵的運(yùn)行頻率。

當(dāng)中水供水流量迅速下降時，系統(tǒng)會視為市政中水?dāng)嗨收匣蛩坎蛔?。系統(tǒng)會自動開啟已運(yùn)行制冷單元的冷卻塔、冷卻水泵和冷卻水回水管道的電動密閉閥。當(dāng)冷卻水泵和中水循環(huán)泵達(dá)到同頻運(yùn)行后，關(guān)閉中水循環(huán)泵和供回水管電動密閉閥，系統(tǒng)最終完全切換至冷卻塔模式運(yùn)行。如果中水供回水管道流量有較大差異，需要由運(yùn)維人員檢查室內(nèi)外管道是否存在漏水問題。

綜上，系統(tǒng)設(shè)計需根據(jù)當(dāng)?shù)刂兴晁疁睾退孔兓闆r選型換熱器和中水循環(huán)泵。換熱器需滿足冬季冷卻水大流量、小溫差和中水小流量、大溫差的供冷需求；中水循環(huán)泵除考慮最大流量需求外，還需保證冬季最小流量能滿足換熱器的供冷量。同時，系統(tǒng)控制時要考慮根據(jù)夏季和冬季設(shè)計溫差對中水循環(huán)泵進(jìn)行變頻控制，并需考慮冷卻塔和中水冷卻系統(tǒng)在中水冷源檢修或故障情況下的切換控制。并且因為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對污水廠排水水質(zhì)中電導(dǎo)率、Cl- 、鈣硬度、總堿度和硫酸鹽等指標(biāo)暫無要求,當(dāng)進(jìn)行中水冷卻設(shè)計時，需要對中水上述指標(biāo)進(jìn)行實測，以便系統(tǒng)設(shè)備和管道選型時具有針對性。系統(tǒng)運(yùn)行無中水消耗，一般不涉及中水費(fèi)用。是否收取中水供回水接口費(fèi)需要與當(dāng)?shù)卣M(jìn)行溝通。中水取排水口位置的遠(yuǎn)近不僅影響室外管道和水泵選型和投資，還影響中水系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，因此在設(shè)計時需要特別注意。針對無中水管網(wǎng)的城市,建議政府可建設(shè)中水管網(wǎng),不僅便于工業(yè)企業(yè)利用中水中的冷量,還能把中水作為空調(diào)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水及非生活用水水源,減少自來水消耗。

本文標(biāo)題：城鎮(zhèn)中水用于數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的研究

本文鏈接：http://www.yangziriver.cn/faq3/781.html
[版權(quán)聲明]除非特別標(biāo)注，否則均為本站原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載時請以鏈接形式注明文章出處。