数据中心集中冷源空调系统设计综述

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1、1引言随着互联网与信息技术的发展,数据中心的数据量和处理能力持续增长,这种增长导致数据中心的发热密度持续增加,从而使数据中心的散热成为一个日益突出的技术难点和重点,这也就意味着数据中心对于空调制冷系统的依赖程度和要求逐年增高;而由于集中冷源式空调系统总体制冷效率更高,且可以方便采用多种可靠的节能技术(自然冷却技术等,所以越来越多的数据中心采用了集中冷源式空调系统。一个数据中心的设计使用寿命一般都会在10年以上,而空调系统是除IT设备以外最大的耗能系统,无论是从社会责任还是企业内部的经济效益考虑,我们都要努力打造一套长寿命、低能耗、低故障、可扩展的数据中心

2、空调系统。而一个好的、合理的设计方案会大量地节省初投资,能够采用更加成熟的产品和技术来满足数据中心寿命期内的需要,并且可以通过有效地降低PUE、初投资(CAPAX,来实现TCO的节省。2集中冷源式空调系统集中冷源系统主要由制冷设备和管路组成,由于传统的集中冷源式空调系统中可能存在单点故障,而发生单点故障必然会导致空调系统无法制冷;传统建筑可以容忍短暂的抢修时间,但对于发热量特别大的数据中心机房,空调系统即便仅停止工作几分钟,就会造成IT设备的高温和宕机,所以冷冻水系统存在的单点故障隐患对数据中心威胁巨大,必须尽量消除。水管路、阀门、冷水机组、冷冻水型末端

3、均需考虑冗余设计。由于系统扩容相对复杂,设计之初就要考虑好管路设计和接口预留。集中冷源式空调系统架构还需要根据数据中心的用途和设计级别来进行相应调整,目前主要参考国内(GB50174和国际(TIA-942的相应标准进行,具体参见表1。数据中心集中冷源空调系统设计综述朱洪波阿尔西制冷工程技术(北京有限公司数据中心事业部总经理,博士摘要介绍了数据中心空调系统中集中冷源式空调系统的节能设计要点,包括冷水机组、水泵、冷却塔、蓄冷装置、水系统管路的分类及选型。并根据不同气候条件提出了不同的制冷系统架构的建议。关键词数据中心集中冷源式空调系统节能自然冷却部份自然冷却

4、全部自然冷却冷水机组机房空调水泵冷却塔蓄冷水管路表1TIA-942标准与GB50174标准关于集中冷源式空调系统的冗余配置对比集中冷源式空调系统架构的常见形式参见图1。3制冷设备集中冷源系统中的制冷设备种类较多,最重要的几种包括制冷机、水泵、冷却塔、水处理设备、蓄冷设备等。3.1制冷机数据中心制冷机的选择,应按各类制冷机的特性,结合当地的室外气象条件、水源(包括水量、水温及水质、电源和热源(包括热源性质、品位高低等情况,结合数据中心全年供冷的特点,从初投资和运行费用进行综合技术经济比较来选择可靠、高效、节能、合理的图1数据中心主机房流程图(仅供参考制冷机

5、。(1适合数据中心的制冷机种类电驱动的制冷机按压缩机形式分为离心式、螺杆式、活塞式,这3种形式制冷机的能效由高到低的顺序是:离心式机组、螺杆式机组、活塞式机组。各类机组各有其特点,应用其所长。电驱动的制冷机按冷凝器冷凝方式分为风冷机组和水冷机组。●风冷机组风冷机组通过风冷冷凝器与外界空气换热,利用风(空气换热带走热量,产生冷水。风冷机组的优势:节约水资源,环保;安装在室外,如屋顶,无需建造专用机房,不占有效建筑面积;省去了冷却水系统:冷却塔、冷却水泵、管网及其水处理设备,节省了这部分初投资和运营费用。●水冷机组水冷机组通过水冷冷凝器与冷却塔提供的冷却水换

6、热,利用冷却水带走热量,来产生冷水。水冷机组的优势:应用范围广,技术成熟,造价低;夏季制冷能效高,节能;噪音源低于风冷机组。数据中心风冷机组或水冷机组两种形式均有选用,冬季寒冷地区多选用带自然冷却的风冷机组,长江流域或以南地区多选用水冷机组。根据数据中心有无生活热水需求,还可以选用是否带热回收装置的风冷机组或水冷机组。数据中心选用离心式或螺杆式两种类型机组,数据中心经常根据自身需要同时配备离心式与螺杆式两种类型的冷水机组。(2制冷机选型数据中心选择制冷机时,要考虑数据中心全年空调冷负荷的分布规律,结合制冷机在满载运行和部分负载运行时的COP值,合理地选择

7、机型、台数和调节方式,提高制冷系统在部分负荷下的运行效率,以降低全年总能耗。数据中心的冷水机组一般选用2台以上机组,以满足N+1~2N的冗余方式。冷水机组之间要考虑其互为备用和轮换使用的可能性。冷水机组采用冗余配置,具备不间断供冷,保证系统安全稳定运行。同一站房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案,以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台或几台自动化程度较高,调节性能较好,能保证部分负荷下能高效运行的机组。选择制冷机时应考虑其对环境的污染:一是噪音和振动,要满足周围环境的要求;二是制冷剂对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小,要采用OD

8、P(消耗臭氧潜能值和GWP(全球变暖潜能值较小的环保制冷剂。3.2水泵(1冷冻水