數(shù)據(jù)中心水冷空調(diào)系統(tǒng)高可靠性補水系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

方衛(wèi)東，陳 佳，許 晟

（中國聯(lián)通東莞市分公司網(wǎng)絡(luò)BG云網(wǎng)運營中心，廣東 東莞 523009）

0 引 言

某運營商數(shù)據(jù)中心用地面積91.8畝，建筑總面積13.19萬m2。一期建設(shè)機柜1 931個，單機柜功耗為4k W/6 kW，采取UPTIME TIER Ⅲ和TIA942 TIER3標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。目前已有華為、東莞證券等客戶數(shù)據(jù)中心入駐，上架率約80%，因此不僅對供配電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等有著嚴(yán)格要求，同時要求空調(diào)系統(tǒng)不間斷供冷，以保證數(shù)據(jù)中心設(shè)備運行安全性、穩(wěn)定性和可靠性。本文對數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中補水系統(tǒng)可靠性進行了分析討論和改造。

1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

1.1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)概況

某運營商數(shù)據(jù)中心一期空調(diào)系統(tǒng)配備了4臺（3主1備）制冷量為1 100 RT格力變頻離心式機組，配備有4臺冷凍泵、4臺冷卻泵、4組冷卻塔、92臺末端精密空調(diào)和5臺冷卻冷凍水補水泵，此外還有一些全程水處理器、冷凝器在線清洗裝置、自來水軟化裝置等。冷凍水和冷卻水的主干管按1主1備冗余設(shè)計，保障空調(diào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。該中心建有特色水蓄冷系統(tǒng)，執(zhí)行錯峰用電，節(jié)省能耗成本。

1.2 冷卻水補水系統(tǒng)

本數(shù)據(jù)中心冷卻水補水系統(tǒng)補水泵位于地下水泵房，整個園區(qū)地勢最低位置，配置3臺（2主1備）冷卻水補水泵、1個空調(diào)水池和1個蓄冷池，空調(diào)水池和蓄冷池之間通過管道連接，閥門隔斷[1]。當(dāng)市政停水，空調(diào)水池到超低業(yè)務(wù)告警時，關(guān)閉連接空調(diào)水池側(cè)閥門，打開連接蓄冷側(cè)閥門，此時轉(zhuǎn)換為蓄冷水池（4 130 m3）向空調(diào)系統(tǒng)供水（此時需停蓄放冷系統(tǒng)）。同時采用雙路水管向天面2個40 m3水箱供水，設(shè)有快補管和慢補管，慢補管在浮球閥和天面水箱協(xié)作下自動給冷卻塔補水，快補管在快速補水時開啟，補水泵抽上來的水直接進入冷卻塔，從而保障供水可靠性。如圖1所示。

圖1 冷卻補水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 冷凍水補水系統(tǒng)

本數(shù)據(jù)中心冷凍水補水系統(tǒng)位于大樓一層冷凍站，自來水通過軟化裝置對水質(zhì)進行軟化，降低水中鈣離子、鎂離子等，減少空調(diào)管道腐蝕。軟化后水進入水箱，通過2臺（1主1備）冷凍補水泵向冷凍循環(huán)水系統(tǒng)補水。如圖2所示。

圖2 冷凍水補水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 補水系統(tǒng)風(fēng)險性分析

2.1 冷卻水補水系統(tǒng)風(fēng)險性分析

由于冷卻補水泵位于地下水泵房，水池、水管、外界暴雨都有可能導(dǎo)致補水泵被淹，將影響整個空調(diào)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。運維人員驗收過程發(fā)現(xiàn)了問題，并做了相應(yīng)改造。

（1）空調(diào)水池和蓄冷水池溢流管接到水泵外，防止水池補水系統(tǒng)故障，自來水淹沒補水泵；

（2）地下水泵房的集水池，安裝2臺抽水泵，當(dāng)水位到達(dá)警戒線時，啟動2臺抽水泵對外排水，同時外接警鈴到附近保安亭，當(dāng)保安聽到鈴聲時立即查看現(xiàn)場并通知運維人員；

（3）增加水浸繩，當(dāng)警鈴故障不能發(fā)現(xiàn)時，可通過動環(huán)報警；

（4）水泵房門口擋水壩增加20 cm;

（5）在水泵房門口現(xiàn)有排水管基礎(chǔ)上，增加1條排水系統(tǒng)，同時在園區(qū)大門口外增加10 cm，防止馬路中水流入園區(qū)（也有助于車輛進入園區(qū)減速）[2]。

采用以上多個措施來防范補水系統(tǒng)隱患，但未根本性解決隱患，該系統(tǒng)隱患始終存在。同時隨著時間推移，其他隱患也暴露出來：

（1）系統(tǒng)雖有雙路供水，但是從水泵房到IDC機樓之間這段水管是同路由；

（2）給水泵供電的電纜長期浸泡水中（下雨時）或者裸露在潮濕空調(diào)中，雖也有2路市電，也是同路由；

（3）補水泵與天面水箱距離較遠(yuǎn)，兩者之間高度也有30多m，單臺水泵供不上來，需開啟2臺水泵同時供水。當(dāng)極端情況下，冷卻水管爆管，供水能力嚴(yán)重不足。

2.2 冷凍水補水系統(tǒng)風(fēng)險性分析

冷凍水補水泵位于IDC機房冷凍站，配備有2臺（1主1備）1.1 kW冷凍水補水泵，半個多月補一次水，且補水量較小，在平常使用時完全夠用，但是在冷凍水管爆管極端情況下，供水太慢，嚴(yán)重影響故障搶修時間[3]。

3 高可靠性補水系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

本數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)已投入運行近6年，空調(diào)管道有一定程度腐蝕，隨時都有爆管風(fēng)險，加上補水泵位于地下水泵房，存在被淹和供電中斷風(fēng)險，因此，十分有必要提高空調(diào)補水系統(tǒng)可靠性。

本方案主要解決冷凍水和冷卻水在極端情況下供水不足以及冷卻補水泵位于地下水泵房所帶潛在風(fēng)險。如圖3所示，通過在一樓冷凍站增加1臺2.2 kW，揚程40 mH2O，流量為10.2 m3/時，并列在冷凍補水系統(tǒng)中，加強補水能力；同時在表面打通冷凍補水系統(tǒng)和冷卻補水系統(tǒng)，用F5閥門隔開；新增冷凍水管道，使冷凍水不經(jīng)過冷凍水水箱直接進入冷凍水系統(tǒng)，加強補水能力[4]。

圖3 水冷空調(diào)補水系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

通過切換閥門使冷卻補水系統(tǒng)和冷凍補水系統(tǒng)相互應(yīng)急備用，同時增加補水能力[5]。故障應(yīng)急情況，各閥門狀態(tài)和水泵啟動如表1所示。

表1 故障情況與閥門、水泵開關(guān)狀態(tài)關(guān)系表

在爆管這類極端情況，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)水流失嚴(yán)重，為了使系統(tǒng)快速補水，還可以利用建筑消防栓，啟動消防水泵。

（1）冷卻水補水：準(zhǔn)備足夠長消防水帶，直接向冷卻塔注水。

（2）冷凍水補水：事先在冷凍泵回水附近排污口安裝好特定消防栓接口，與消防水帶接頭完美對接，啟動消防水泵，強行向管道內(nèi)注水。

4 結(jié) 論

本文對某運營商數(shù)據(jù)中心一期空調(diào)補水系統(tǒng)進行深入跟蹤和分析，針對現(xiàn)場存在隱患做了多個應(yīng)急措施，但是不能徹底根除隱患。提出通過打通現(xiàn)場冷卻、冷凍補水系統(tǒng)，使它們相互應(yīng)急備份，提高供水可靠性，保障數(shù)據(jù)中心安全穩(wěn)定運行。