浅析自然冷却风冷冷水机组在数据中心领域的应用.pdf

工艺与设备
建与装饰
2015年2月
浅析自然冷却风冷冷水机组在数据中心领域的应用
李双磊
(?东省电信规划设计院有限公司
摘要:互联网数据中心作为能耗大户,其能耗指标越来越被重视。为达到最佳的PUE值,数据中心暖通设计时也引
入了多种措施,以期降低机房的PUE值。本文就自然冷却风冷冷水机组在数据中心领域的应用阐述了作者的一些观点。
关键词:风冷冷水机组;互联网数据中心;暖通设计;节能减排
中图分类号:X55
文献标识码:A
文章编号:1673-0038(2015)08-0062-02
随着近几年电商大載门趋激烈,正式宣告互联网进入云刚
coony BYEL
代。阿?、白度、腾讯等均在各地部署其区域核心网绍,联网数
据中心的建设浪潮也达到了前所未有的高度。随之而米的问题
是如何健设一个高效节能的绿色数据中心,最大限度降低机房
的能效指标,在满足安全生产的前提下,节省数据中心的能耗
本文就自然冷却风冷冷水机组在数据中心中的应用做了
对比,旨在探讨如何因地制地选择暖通设计方案,以其在保
证机房的安全的前提下,更好地降低空调系统的能耗,希望能对
降低机房整体的PUE值有所帮助
1风冷冷水系统简介
】2℃
风冷冷水机组(air- cooled chiller):利用外界空气直接冷却冷
注:引自捷联莱门特空誚产品资料
凝器中冷媒的冷冻水机组。相较于传统意义上的水冷式冷水机
图2自然冷却风冷冷水机组工作原理示意图
组,其冷却系统少」冷却塔和对应的術环冷却水泵。
湊、体积小、重量轻等特点。在同样换热量的条件下,其占地面积
风冷冷水机组的工作原理:利用壳管蒸发器使水与冷媒进行「及重量要远小于冷却塔。
热交换,低温冷媒系统在吸收水中的热负荷后,使水降温产生冷「2.2冷却系统简单
水后:高温的冷媒通过压缩机的作用,将其带至翅片式冷凝器
相比于传统的水冷冷水机组,其省却了冷却系统的冷却塔及
出散热风扇散失到外界的空气中?其工作原理不意图如图1?「冷却环水泵,对于用地及用水比较繁歌的地区,此特点相当有
2
2.3节省能耗
自然冷却风冷冷水机组在气温合适时,可直接利用外界的空
气冷却循环冷冻水,可以不用开启压缩机,能大大节省空调系統
的能耗
2.4COP值较低
签于其换熟方式的问题,其性能参数值也处于较低水平。《
共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)中规定,风冷活寒式及涡
旋式冷水机组的COP值的下限为2.6:风冷螺杆式冷水机组的下
限为2.8。此数值相较于传统水冷机组最低3.8的数值,有较大差
注:引自百度百科冷冷水机
距(如表1)。
图1风冷冷水机组工作原理示意图
自然冷却风冷冷水机组的工作原理:相比传统意义上的风>/5使用地域受限
冷水机组,其多出一套风冷白然冷却换热器。在过渡季节及冬季
自然冷却风冷冷水机组因其制冷性能参数较低,因此在年平
时,直接利用此换热器与外界冷风进行热交换生产冷冻水,压缩
气温较高的南方地区并不适用。在年平均气温较高的地区
机基本处于待机或停开状态,大大节省了空调系统的能耗。英过』法发挥自然冷却的优势。另外,对于混度过低的北方地区,冬季
渡季节的工作原理示意图如图2
时,翅片式冷凝器容易结、水管易冻裂等问题,因此冬季运行
吋需考虑加热或加防冻液等措施。
2风冷冷水系统在数据中心应用优缺点分析
风冷冷水机组相比较于其他的冷水机组,其优缺点如下:
3自然冷却风冷冷水机组应用案例分析
2.1体积小巧,节省用地空间
下面以米用自然冷却风冷冷水机组的北京某数据中心的
际运行案例进行分析:
风冷冷水机组采用的冷凝器为翅片式冷凝器,其具有结构紧
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表1冷水机组的最低制冷性能参数COP
G°
定制冷量(kW)性能系数(WM
全年不同环温下CP对比
3.8
活式渦旋式523-16
1163
60
中帽
常规风冷机阻
白然冷却机们
水冷
>1163
ー-ロ-1-10一9。101553035404
<528
离心式
528-1163
图4全年不同环境温度下COP对比曲线图
120000
电量:Mhn
≤50
全年节能对比
活塞式/涡旋式
风冷或燕发冷却
80o
注:引自?华人に具和国国家标准:公共建銃节能设计标壮(GB50189-2005
40005
系统配诣.:6台制冷量为1050kWW的麦克维尔自然冷却用风
节能3白燃冷机
冷冷水机组:对应置8台卧式端吸式离心水泵,终期可以提供
20=1=10=5Lこ0340
的冷量为5250kW。冷冻水系统载体为30%乙二醇溶液,冷冻水
供回水温度为10/15℃:。
图5全年节能数据对比曲线图
4风冷冷水机组在数据中心的应用前景
对于年平均气温低于15℃地域的中小型数据中心,自然冷
却风冷冷水机组有其得天独厚的优势,可以在兼顾投资及场地
使用率等情沈下,最大限度发挥其节能的优势。对于大型数据中
AIR
心,由于传统水冷冷水机组在COP值方面远高于风冷机组,因
4
此,当规模到达一定程度时,可以米用常规水冷泠却加冷却塔自
图3自然冷却风冷冷水机组冷却流程图
然冷却的方式,最大限度降低数据中心空调系统的能耗。
3.1夏季运行工况
5总结
当室外温度高于30℃肘,由于室外温度过高,自然冷却系统
以上是笔者就自然冷却风冷冷水机组在数据中心的应用的
尤法满足正常的换热需求。此时编号为2的一通阀关闭,冷冻水「探讨,其中难免有失偏颇,恳请广人读者及专业技术人员批评指
回水不流经自然冷却盆管,直接流全翅片蒸发器,在蒸发器中与」正,以其共同提高进步
制冷剂进行换热。此时编号为5的缩机全负荷运行,空调系统
的功耗最大。
参考文献
3.2过渡季节运行工況(春季及秋季
1《全国民用建筑工稈设计技术措施》(暖通?动力2009版
当室外温度低于15℃时,由于室外温度低于室内温度,m/ 2JASHRAE Datacom Serie道信设各中心液体冷却指南
3]《民用建筑供暖通风与空气调节设计規范》(GB50736-2012)
白然冷却系统可以满足机房一部分的散热要求,但无法满足全
4《电子信息系统机房设计规》(GB50114-2008)
部的散热求,还带压缩机系统承担部分负载。此时,编号为2)「日(公具速筑节能没计标准(GBE0190
的一通阀打开,冷冻水回水流经自然冷却盘管进行预冷却,经预
冷后再流至翅片蒸发器,在漆发器中与制冷剂进行换热?由于冷「收稿日期:2015-1-10
冻円水经过了冷却,因比再与制冷剂換热时编サ为5的压」作者简介:今双結(198-),男,中级工程师,木科,从事暖通空调
缩机只需部分负荷运行,可以节省部分的压缩机能耗。
设计工作。
3.3冬季运行工況
当室外温度低于5℃时,此时采用自然冷却系统已经可以完
全满足机房的散热要求,压缩机不需要丌启。此时,编号为②的
三通阀打开,冷冻