大型數據中心空調制冷系統技術

薄天龍

摘要：大型數據中心通常采用多臺冷水機組并聯運行的方式作為空調制冷系統，多臺冷水機組通過兩種方式與附屬的設備進行連接。根據大型數據中心的特點，從理論上對兩種不同的連接方式進行了可用度等多方面因素的角度上，對大型數據中心空調制冷系統技術進行了研究。

關鍵詞：大型數據中心；空調；制冷系統

一、大型數據中心空調制冷系統的特點

大型數據中心的占地面積在幾萬平方米上下，所以需要安裝多臺冷水機組，以便能夠提供足夠的冷量，使設備產生的熱能及時的散發。空調制冷系統具備可用度，因為其是大型數據中心核心設備能夠安全運行的保障。IT設備與制冷設備是大型數據中心能耗的兩大主要部分，制冷系統作為能耗的主要原因，在大型數據中心節能規劃中是重點。

為了降低能源消耗，應提高維護性與可管理性。對設備的維護可分為維修與維保，使維修變得簡單，提升可用度，延長設備的使用壽命。較高的可管理性時，能夠及時的了解設備的狀況，能夠快速地排除設備故障，高可管理性是大型數據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

（1）采用多冷源并聯方式的系統，其每一臺冷水機組必須要在同等的位置上，并且能夠單獨的進行暫停與開啟的操作，同其他的制冷系統不存在互相影響的關系。當某一套制冷系統出現故障問題導致停機時，只需要啟動處于冗余的那套系統即可保證IT設備對制冷系統的要求。

（2）采用設備群組方式的系統，是一種由不同的邏輯設備串聯在一起，在邏輯上表現為一套制冷系統的冷源系統。實際上，一套邏輯設備只是有一組設備所組成的，特點是其具有一臺能力更強以及可用度更高的邏輯設備的表現。設備群主要由冷水機組群等組成，并將各種設備群串聯在一起，在工作過程中，一個設備群出現故障問題，那么整個系統就會出現故障。

從系統的布局上看，多冷源采用并聯的連接方式，其最主要的特點是每套獨立的系統都有著自己獨立的水管路，水管路的數量非常多。設備群組進行串聯的連接方式，其最主要的特點是只有一套水管路，在結構上要更加的整齊劃一。選用設備群組串聯的連接方式時，水管路的管徑需要增大，以便于能夠降低水管路的阻力，從而使得對制冷系統水管路大流量的要求得到滿足。

（二）可用度分析

在多冷源并聯連接的方式下，對于其中的單獨的一套系統而言，其中的各個設備的連接形式為串聯。一套系統可用度表示公式為：假設存在N+X（X=1～N）套單獨系統，其中 X套作為冗余，在N套單獨系統正常運轉時，系統正常運轉。由于每套系統都是獨立的，相互之間 沒有影響。系統為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

在設備群組串聯連接的方式下，其中的設備為先并聯連接在串聯連接。假設冷卻塔、水泵（假設冷卻水泵和冷凍水泵可用度一樣）和冷水機組組合在一起的設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）表決模型計算，可用度計算公式為：S，=R，1R，2R，3R，4，其中R為單個群組的可用度。在實際中，因為可用度還與產品的質量有關，所以冷卻塔的可用度、冷卻水泵的可用度以及冷水機組的可用度都與廠家密切相關。在自然的冷卻的條件下，設備群組串聯連接的方式相對來說可用度要高一些。

（三）可維護性比較

可維護性好壞的參考標準主要是系統在特定的工作環境下以及一定的時間之內，完成規定的功能的能力高低，以及對設備進行維護的難易。多冷源并聯連接的方式，其接管相對較多，而設備群組串聯連接的方式，其管道的數量非常少，布置更加的簡潔明了，對于操作以及對產生的故障問題進行診斷來說，較為方便。在多冷源并聯連接的方式下，一臺設備的停止，使得整套系統也要停止，但是在設備群組并聯連接的方式下，設備的啟動與停止很好的控制在設備群組的內部中。并且在設備采購上，設備群組連接方式中，群組中的設備并行運行，所需要參照的標準指標一致，若要更換或者維修可以采用同種型號的設備，要優于采購受限的多冷源并聯連接的方式。

（四）可管理性與節能性的比較

在設備群組串聯連接的方式下，維護人員需要通過調節平衡閥以保證水流量在各設備間分配均衡，不運行的設備還需要關斷截止閥，以防止旁通分流。并且處于同一設備群組的設備，還需要保證水的阻力一致，以保證水的流量均衡。因此，采用設備群組串聯連接的方式的系統對維護人員要求較高，管理方式較為復雜。在多冷源并行方式下，每一個單獨的系統都可以說是獨立在運行，所以水流量分配均衡、設備旁通分流等問題不需要考慮，因此可管理性較好。

最近的這幾年，冷水機組的效率越來越高，以至于水泵的能耗占比越來越高，甚至達到整個系統總能耗的15%～35%，設備群組方式有更多的方法來調節水的流量和揚程，可實現多臺水泵同步變頻+變頻水泵臺數控制。在多冷源并聯方式下，水泵只能進行水泵變頻控制，無法實現臺數控制，所以設備群組方式在水泵控制方面有著節能性高的優點。

三、結語

大型數據中心的設備數量眾多，并且能源消耗巨大，需要通過打胎大型冷水機連續不間斷的制冷來滿足正常工作的需求。通過，對兩種不同連接方式的研究與比較，設備群組串聯連接方式在可用度以及可維護性上要略勝一籌，更加的契合大型數據中心對制冷系統的要求，同時還便于多種節能措施的實施。總而言之，設備群組串聯連接的方式，不管是在現在還是在未來，都有著更好的發展前景。

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