大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)技術(shù)

薄天龍

摘要：大型數(shù)據(jù)中心通常采用多臺(tái)冷水機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的方式作為空調(diào)制冷系統(tǒng)，多臺(tái)冷水機(jī)組通過(guò)兩種方式與附屬的設(shè)備進(jìn)行連接。根據(jù)大型數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)，從理論上對(duì)兩種不同的連接方式進(jìn)行了可用度等多方面因素的角度上，對(duì)大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：大型數(shù)據(jù)中心；空調(diào)；制冷系統(tǒng)

一、大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)

大型數(shù)據(jù)中心的占地面積在幾萬(wàn)平方米上下，所以需要安裝多臺(tái)冷水機(jī)組，以便能夠提供足夠的冷量，使設(shè)備產(chǎn)生的熱能及時(shí)的散發(fā)?？照{(diào)制冷系統(tǒng)具備可用度，因?yàn)槠涫谴笮蛿?shù)據(jù)中心核心設(shè)備能夠安全運(yùn)行的保障。IT設(shè)備與制冷設(shè)備是大型數(shù)據(jù)中心能耗的兩大主要部分，制冷系統(tǒng)作為能耗的主要原因，在大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能規(guī)劃中是重點(diǎn)。

為了降低能源消耗，應(yīng)提高維護(hù)性與可管理性。對(duì)設(shè)備的維護(hù)可分為維修與維保，使維修變得簡(jiǎn)單，提升可用度，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。較高的可管理性時(shí)，能夠及時(shí)的了解設(shè)備的狀況，能夠快速地排除設(shè)備故障，高可管理性是大型數(shù)據(jù)中心必不可少的性能。

二、兩種連接方式的分析

（一）兩種連接方式的特點(diǎn)

（1）采用多冷源并聯(lián)方式的系統(tǒng)，其每一臺(tái)冷水機(jī)組必須要在同等的位置上，并且能夠單獨(dú)的進(jìn)行暫停與開啟的操作，同其他的制冷系統(tǒng)不存在互相影響的關(guān)系。當(dāng)某一套制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題導(dǎo)致停機(jī)時(shí)，只需要啟動(dòng)處于冗余的那套系統(tǒng)即可保證IT設(shè)備對(duì)制冷系統(tǒng)的要求。

（2）采用設(shè)備群組方式的系統(tǒng)，是一種由不同的邏輯設(shè)備串聯(lián)在一起，在邏輯上表現(xiàn)為一套制冷系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)。實(shí)際上，一套邏輯設(shè)備只是有一組設(shè)備所組成的，特點(diǎn)是其具有一臺(tái)能力更強(qiáng)以及可用度更高的邏輯設(shè)備的表現(xiàn)。設(shè)備群主要由冷水機(jī)組群等組成，并將各種設(shè)備群串聯(lián)在一起，在工作過(guò)程中，一個(gè)設(shè)備群出現(xiàn)故障問(wèn)題，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)故障。

從系統(tǒng)的布局上看，多冷源采用并聯(lián)的連接方式，其最主要的特點(diǎn)是每套獨(dú)立的系統(tǒng)都有著自己獨(dú)立的水管路，水管路的數(shù)量非常多。設(shè)備群組進(jìn)行串聯(lián)的連接方式，其最主要的特點(diǎn)是只有一套水管路，在結(jié)構(gòu)上要更加的整齊劃一。選用設(shè)備群組串聯(lián)的連接方式時(shí)，水管路的管徑需要增大，以便于能夠降低水管路的阻力，從而使得對(duì)制冷系統(tǒng)水管路大流量的要求得到滿足。

（二）可用度分析

在多冷源并聯(lián)連接的方式下，對(duì)于其中的單獨(dú)的一套系統(tǒng)而言，其中的各個(gè)設(shè)備的連接形式為串聯(lián)。一套系統(tǒng)可用度表示公式為：假設(shè)存在N+X（X=1～N）套單獨(dú)系統(tǒng)，其中 X套作為冗余，在N套單獨(dú)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于每套系統(tǒng)都是獨(dú)立的，相互之間 沒(méi)有影響。系統(tǒng)為N^N+X）表決模型，可用度用S表示，公式為：S=a+R （1—R）N+X 1

在設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式下，其中的設(shè)備為先并聯(lián)連接在串聯(lián)連接。假設(shè)冷卻塔、水泵（假設(shè)冷卻水泵和冷凍水泵可用度一樣）和冷水機(jī)組組合在一起的設(shè)備群組可用度表示為只1、只'2、只'3，可用度用R1.R2.R3.R4表示）表決模型計(jì)算，可用度計(jì)算公式為：S，=R，1R，2R，3R，4，其中R為單個(gè)群組的可用度。在實(shí)際中，因?yàn)榭捎枚冗€與產(chǎn)品的質(zhì)量有關(guān)，所以冷卻塔的可用度、冷卻水泵的可用度以及冷水機(jī)組的可用度都與廠家密切相關(guān)。在自然的冷卻的條件下，設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式相對(duì)來(lái)說(shuō)可用度要高一些。

（三）可維護(hù)性比較

可維護(hù)性好壞的參考標(biāo)準(zhǔn)主要是系統(tǒng)在特定的工作環(huán)境下以及一定的時(shí)間之內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力高低，以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的難易。多冷源并聯(lián)連接的方式，其接管相對(duì)較多，而設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式，其管道的數(shù)量非常少，布置更加的簡(jiǎn)潔明了，對(duì)于操作以及對(duì)產(chǎn)生的故障問(wèn)題進(jìn)行診斷來(lái)說(shuō)，較為方便。在多冷源并聯(lián)連接的方式下，一臺(tái)設(shè)備的停止，使得整套系統(tǒng)也要停止，但是在設(shè)備群組并聯(lián)連接的方式下，設(shè)備的啟動(dòng)與停止很好的控制在設(shè)備群組的內(nèi)部中。并且在設(shè)備采購(gòu)上，設(shè)備群組連接方式中，群組中的設(shè)備并行運(yùn)行，所需要參照的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)一致，若要更換或者維修可以采用同種型號(hào)的設(shè)備，要優(yōu)于采購(gòu)受限的多冷源并聯(lián)連接的方式。

（四）可管理性與節(jié)能性的比較

在設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式下，維護(hù)人員需要通過(guò)調(diào)節(jié)平衡閥以保證水流量在各設(shè)備間分配均衡，不運(yùn)行的設(shè)備還需要關(guān)斷截止閥，以防止旁通分流。并且處于同一設(shè)備群組的設(shè)備，還需要保證水的阻力一致，以保證水的流量均衡。因此，采用設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式的系統(tǒng)對(duì)維護(hù)人員要求較高，管理方式較為復(fù)雜。在多冷源并行方式下，每一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)都可以說(shuō)是獨(dú)立在運(yùn)行，所以水流量分配均衡、設(shè)備旁通分流等問(wèn)題不需要考慮，因此可管理性較好。

最近的這幾年，冷水機(jī)組的效率越來(lái)越高，以至于水泵的能耗占比越來(lái)越高，甚至達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)總能耗的15%～35%，設(shè)備群組方式有更多的方法來(lái)調(diào)節(jié)水的流量和揚(yáng)程，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵同步變頻+變頻水泵臺(tái)數(shù)控制。在多冷源并聯(lián)方式下，水泵只能進(jìn)行水泵變頻控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)臺(tái)數(shù)控制，所以設(shè)備群組方式在水泵控制方面有著節(jié)能性高的優(yōu)點(diǎn)。

三、結(jié)語(yǔ)

大型數(shù)據(jù)中心的設(shè)備數(shù)量眾多，并且能源消耗巨大，需要通過(guò)打胎大型冷水機(jī)連續(xù)不間斷的制冷來(lái)滿足正常工作的需求。通過(guò)，對(duì)兩種不同連接方式的研究與比較，設(shè)備群組串聯(lián)連接方式在可用度以及可維護(hù)性上要略勝一籌，更加的契合大型數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷系統(tǒng)的要求，同時(shí)還便于多種節(jié)能措施的實(shí)施?？偠灾?，設(shè)備群組串聯(lián)連接的方式，不管是在現(xiàn)在還是在未來(lái)，都有著更好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]段軼伊，姜俊海，李瑞雅，等.數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例[J].制冷與空調(diào)，2014，14（9）：1821.

[2]楊彥霞，楊子韜.數(shù)據(jù)中心設(shè)備冷卻要求及空調(diào)方案選擇[J].制冷與空調(diào)，2015，15（9）7580.

[3]韓武松，鄭坤，徐俊杰，等.上海某數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào)，2016，46（8）：7478.

[4]郭永基.可靠性工程原理[M].清華大學(xué)出版社，2002：150151.

[5]張廣明.數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)與建設(shè)[M].電子工業(yè)出版社，2012：264268.