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数据中心蓄冷罐的开式与闭式的选择-孙长青

设计规划部总工 孙长青 现代数据中心网

孙长青,注册暖通工程师,高级工程师,规划设计部总工程师,IDC单位设计总监等,有多年从事数据中心规划设计、咨询顾问、甲方自建设计部等全过程的实战经验,对数据中心有一定的了解,同时,做过10多个数据中心的Uptime设计认证工作,对国标GB50174及Uptime理论多有感触,对数据中心能评指标、IT负载率、数据中心蓄冷系统等有些了解,对数据中心如何降低PUE也略有经历。经过总结多年来的实战心得,方有此文,以便大家更加了解数据中心节能的核心理念,同时对国情和国际理论间存在的差异有所认识。

在Uptime Tier等级标准中,Tier IV(容错的现场基础设施)标准明确规定了连续制冷的要求,一般通过设置蓄冷罐来实现。当然,连续制冷也可以通过冷源系统设置不间断电源等方式来实现,只要确保电力中断时冷源能不中断即可。只是蓄冷罐的方式是最经济可靠的方式,所以,现实中,连续制冷方式多以蓄冷罐的形式为主。

随着数据中心的发展,国内目前对于级别达到TierIII及以上的机房,现在普遍配置了蓄冷系统,以达到制冷系统安全可靠的目的。至于蓄冷罐的形式,也是各式各样,水蓄冷、冰蓄冷都有实施的案例,其中多以水蓄冷为主。冰蓄冷的采用情况比较罕见,采用冰蓄冷系统多为利用园区冰蓄冷为主要考虑因素。

本篇主要探讨水蓄冷系统,水蓄冷系统的开式及闭式,是主要的两种蓄冷罐形式,而采用开式还是闭式蓄冷罐,受多种因素的制约,比如建筑高度,比如园区布置情况,比如空调系统形式,比如室内空间条件等等。

首先,来了解一下开式及闭式蓄冷罐的基本概念:

开式水蓄冷罐液面与大气相通,为非承压蓄能罐,内设布水装置,保证设备内在平面上充分分配,在垂直面上的水流缓慢,Re数低于800。当建筑物高于蓄冷罐液面高度时,开式蓄冷罐需配置板式换热器。

闭式水蓄冷罐液体不与大气相通,为承压式蓄能罐,一般为圆罐式,可由蓄冷罐直接向末端供应冷量。

现在大中型数据中心采用的空调水制冷系统管道布置形式,主要有两种主流系统,一种是一次泵系统形式,一种是二次泵系统形式。这两种系统形式,在数据中心设计中,到底是选择开式还是选择闭式,哪种形式对空调系统是最匹配的?下面将就一次泵和二次泵两种空调水系统形式中闭式和开式的优缺点做个对比,然后确定到底哪种方式更合适。

1、一次泵空调水系统

对于一次泵空调水系统,为了实现蓄冷罐内的水温为低温水,须设置在冷机之后,如下图所示,则此种情况下,蓄冷罐内的压力应为定压点压力加上循环泵的扬程,定压点的压力为冷冻水系统高差(一般为建筑高度)并考虑一定余量,一次泵系统循环泵的扬程一般要达到40m以上,若要蓄冷罐的接入方式采用直接接入系统的形式,开式蓄冷罐的高度需要高出建筑高度近40m,无现实实现的可能,由此,只能选择闭式蓄冷罐。

如要选择开式蓄冷罐,必须在蓄冷罐与冷冻水系统之间设置换热器,使蓄冷罐与冷冻水系统隔开。如此,则开式蓄冷罐的高度将不再受限。但是,由此会造成蓄冷罐与冷冻水系统之间的换热温差,蓄冷罐放冷时将导致冷冻水温度比正常运行时温度高,不满足数据中心稳定运行的要求。所以,在数据中心中,对一次泵空调水系统,蓄冷罐只能以闭式蓄冷罐的方式接入系统。

2、二次泵空调水系统

对于二次泵空调水系统,蓄冷罐的接入方式,可以是开式,也可以是闭式,因为二次泵系统的蓄冷罐,接在平衡管上,平衡管的作用是使一次泵与二次泵之间流量达到平衡,并保证蒸发器流量恒定,其两侧压差非常小,一般的开式定压系统就设置在平衡管上。

因此,当蓄冷罐采用开式时,可以直接作为定压罐使用,其液面高度高于系统最高点1.5m左右即可,在数据中心建筑高度不是很高的数据中心,多采用这种方式,在提供连续制冷的同时,还可以达到稳定系统的目的,又能节省室内建筑面积,是非常好的系统形式。

在数据中心建筑高度很高,开式蓄冷罐的高度与直径比太大,结构稳定性比较差的情况下,不得不放弃开式的蓄冷罐方案,转而采用闭式蓄冷罐,闭式蓄冷罐可以直接串联进平衡管,作为平衡管的一部分,平时可以缓慢充冷,保持蓄冷水温达到设定值,市电中断时完全做到无干预切换自然放冷,安全可靠高效。

所以,在数据中心中,对二次泵空调水系统,蓄冷罐既可以闭式蓄冷罐的方式接入系统,也可以开式蓄冷罐的方式接入系统。

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