数据中心的蓬勃发展所带来的除了大数据的便捷,同时也带来了巨大的电能消耗。据美国媒体历时一年多的调查发现,全球各大网站仅数据中心的用电功率,就相当于30个核电站的供电功率,可以说数据中心绝对是一个名副其实的巨大“电老虎”。大家都知道,数据中心耗电中,空调的耗电占了40%,所以,对于数据中心的空调系统,专家们想了很多节能方式,其中就包括制冷系统的自由冷却。其他的都不多说,今天就仅针对水侧自由冷却中的预冷模式,发表一下自己的一些看法。

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板换串接示意图

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板换并联示意图

众所周知,串联板换的节能效果比并联板换的节能效果更佳,今天就针对一些理论值进行计算,论证一下节能效果的比较。

做过数据中心暖通设计的工程师们会对系统中的设备参数进行一些理论上的假设,以便于进行设备的选型及其他计算,本文也对一些设备进行部分理论上的假设:

板换冷冻水和冷却水侧逼近度假设为1.5℃;

过渡季冷塔出水温度与室外湿球温度逼近度假设为5.5℃;

假设水泵,冷机等设备在不同工况下(参数相差不大)效率近似不变;

末端负荷按满载计算。

以某云数据中心为例,供回水温度为15/21℃,冷机、板换、冷塔、水泵(冷冻水一次泵,冷冻水二次泵,冷却水泵)各4台,均为3+1冗余配置。

其中冷机为变频离心冷机,单台制冷量850RT,电功率498kW;

冷冻水一次泵流量470m3/h,扬程20m;

冷却水泵流量555m3/h,扬程35m。

预冷模式下,串联板换架构中的冷冻水会同时经过冷机及板换,冷却水也同时经过冷机及板换;并联板换架构的混水预冷模式由于控制的复杂性,在国内极少使用,故本文假定并联架构不考虑预冷模式。

以上分析可见,串联板换架构预冷模式下,冷冻水和冷却水泵均会增加一部分扬程,用以克服串接的板换的局部阻力,扬程的增加势必会增加一部分水泵的功耗。

根据水泵功率计算公式(GB19762-2007):

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按照串接板换增加5m局部阻力损失计算,串接板换与不串接板换相比,冷冻水泵和冷却水泵单台的输入功耗增加值分别为:8kW,9.5kW。(根据水泵高效区内效率基本不变,假设水泵效率维持在80%左右),冷冻水泵及冷却水泵各3台正常运行,水泵总能耗增加为52.4kW。

根据能量计算公式:

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其中:Q-制冷量,单位为kW;

c-比热容,单位为kJ/kg*k;

m-水流量,单位为kg/s;

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      供回水温差,单位为℃;

以北京为例,室外湿球温度在8~14℃范围内的时间为1413h,经过逐时的能量计算叠加,每年预冷过程中可以节约冷机冷量6792MWh,按照冷机COP值恒定为6计算,每年可至少节约冷机电能1132MWh(据某厂家选型报告,变频离心冷机随着负载率的降低,COP值升高),去掉水泵增加的能耗52.4*1413=74MWh,依然可以节约电能1058MWh。以此可见,串联板换确实是有一定的节能效果。

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