详细讲讲 | Mini T-block的空调制冷系统

导语

Mini T-block是T-block的最小颗粒度产品,整体IT负荷约50~100kW。如果把mini T-block 看作是一个人,腾讯智维是指挥机能高效运作的大脑、结构组件是骨骼,配电系统犹如血液循环系统提供动力,而制冷系统则是负责带走热量的生理机制。

有人说你们不就是个集装箱数据中心吗?我想回答“是,也不只是”。举一个“不只是”的例子:有别于传统的集装箱空调设计,mini T-block采用了高效节能的间接蒸发冷却技术。掰开来讲讲,还有这些特点想告诉你:

安全可靠性高

1.配置间接蒸发冷自然冷系统(FreeCooling)和采用压缩机制冷系统(DX),双系统互相备份:

        (a)有稳定的供水时,在室外经过水喷淋后空气温度低于15℃时,自然冷系统即可提供全冷量,此时压缩机系统停机备份;

        (b)若供水系统故障,而室外干球温度低于15℃时,自然冷仍然能提供全冷量,压缩机系统停机备份;

        (c)外侧温度高于15℃时(包括有水时喷淋后气温或无水时气温),自然冷的冷量无法提供全冷量,此时压缩机系统启动提供补充冷量,并额根据实际需求调节DX冷量大小。

        (d)当室外温度不适合利用自然冷时,采用压缩机制冷系统提供全冷量。

2.压缩机制冷系统(DX)内含多套独立的制冷回路,N+1备份,单回路故障不影响总制冷量输出。

3.空调机组和IT区域物理隔离,避免空调维护、维修、单点故障时对IT区域造成不利影响,提高可靠性。

图1    制冷双系统互相备份

安装、维护便利性高

1.空调机组整体安装于集装箱箱体结构尺寸内,现场完全无需进行跟空调相关的工程安装,真正做到插电即可运行。

2.空调机组采用整体式设计,空调单元可整体运输安装,利于统一接口,可集成不同方案、不同生产厂家产品。

3.在实际使用中,若现场不具备器件维修条件,在允许单模块停机情况下,可迅速的整体更换空调机组。

4.若现场具备维修条件,空调机组内的器件如风机、蒸发器、压缩机等均考虑了可维修性,可在保证基本制冷量的情况下进行更换。

极致节能

1.封闭冷通道和热通道,冷热通道完全隔离,不仅提高了冷量利用率,而且提高了空调机组的回风温度,可有效提高空调机组能效和可利用自然冷的时长。

图2    室内循环温度流场图

2.相较于列间空调,该系统送风方向与服务器进风方向成90度设计,有利于动静压转换,可使得冷热通道气流分布较均匀,服务器的散热更加均匀,有效减少局部热点的存在。从气流的仿真结果来看,靠近空调侧的机柜并未因负压而出现进风量严重不足的情况,远离空调的机柜也未出现因距离带来的风量不足的情况。

图3    室内侧气流仿真及结果

3.空调机组在室外进风处采取细水雾喷淋设计,使喷淋细水雾在进风口处蒸发吸热(相变吸热,效率高),从而实现降低室外进风处温度(蒸发冷却过程),再通过隔离室内外空气的空空换热器或者氟泵换热方式,利用蒸发冷却后较低温度实现更长时间的自然冷。这种利用蒸发冷却,但不直接利用蒸发冷却后的冷空气,而是通过空空换热或者空氟换热之后再利用的方式,称之为间接蒸发冷却。

间接蒸发冷却方式和直接蒸发冷却相比,不受空气质量、温湿度等影响,可以适应更多的应用场景,实现更长时间的自然冷。在mini T-block中,可实现B点(如下图)温度15℃以下即可停止压缩机制冷,全部由自然冷提供额定制冷量,即喷淋后温度低于15℃或者室外A点(如下图)温度15℃时不喷淋也可实现自然冷。

图4    室内室外空气路径

4.空调机组的喷淋用水采用循环设计,喷淋后未蒸发的水可重复利用,经过滤后回收到储水装置中,可再次喷淋使用,避免水资源浪费。

5.空调机组具备多种资源节省模式可以选择:

(a)当水资源充足且水费较便宜时,可运行在间接蒸发冷优先模式:此时喷淋全时开启,降低可利用温度为喷淋后温度(B点温度),充分节省电能:

       ①当喷淋后温度高于室内回风温度时,虽然不能利用自然冷,但可有效降低压缩机制冷系统的冷凝器进风温度,提高压缩机制冷系统能效比;

       ②当喷淋后温度低于室内回风温度,但高于15℃时,虽然自然冷冷量不足以提供充分冷量,但仍然可以利用一部分自然冷;同时压缩机制冷系统运行提供补充冷量,且此时冷凝器进风温度经过喷淋后降低,可有效节能。即利用一部分自然冷的同时,有效提高压缩机制冷系统能效比;

       ③当喷淋后温度低于15℃时,可停止压缩机系统运行,充分利用自然冷。

       ④当室内IT负荷低于额定负荷时,即部分自然冷也可满足IT散热需求时,可适当提高自然冷切换温度,进一步挖掘节能潜力。

    (b)当水资源匮乏、水费较贵或停水时,可运行在干工况优先模式:此时不开启喷淋系统,利用干球温度(A点温度)作为节能判断依据,此时的运行模式和(a)类似,只是B点温度和A点温度相等。

    (c)当使用场景可提供便宜的冷冻水时,可将压缩机制冷系统改为冷冻水末端,同样具备多种模式切换功能。

图5    可将压缩机系统改为冷冻水末端

6.具备多种制冷方案,可适应多种场景,各自具备各自的特点:

(a)空空换热自然冷方案:换热次数少,效率高,技术难度相对较低;但空空换热器体积大,占用空间较大。

    (b)氟泵换热自然冷方案:利用相变换热,空调机组体积较小,可实现更多机柜布局;但技术难度相对较高,成熟技术被少数厂家掌握。

    (c)压缩机系统制冷方案:独立性强,无现场工程,适应性强、灵活性强,可无水运行;但成本相对较高。

    (d)冷冻水末端制冷方案:结构简单,成本低;但需现场有可靠供应的冷冻水系统,适应性和灵活性不足。

7.间接蒸发制冷技术可实现整体集装箱的弹性扩容设计,当IT功耗整体提升时,通过简单的零部件的更换就可以满足配电的需求,空调亦可通过整体更换以达到弹性扩容的目的,而传统的集装箱系统设计因为有管路末端蒸发器等设计,无法实现弹性扩容的需求。

导语

简而言之,如此的制冷系统的设计增加了mini T-block灵活性和适配性,赋予mini T-block强大的生命力和活力,促使mini T-block成为一个可用、好用的工具。

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原始发表时间:2019-06-14

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