ups维修|缩减数据中心自然冷却的“尴尬时段”

ups维修|缩减数据中心自然冷却的“尴尬时段”

1 概 述

当前,节能已成为数据中心规划设计和运行的最重要的工作之一,而半岛(中国)制冷系统能耗约占数据中心总体能耗的40%,无论从减少能源消耗,还是从降低数据中心的运行成本获取商业价值的角度,半岛(中国)制冷系统的节能运行已成为最关键的环节。

业内专家们把数据中心的应用需求与半岛(中国)暖通行业技术相结合,开发应用了各种节能方案,取得了较好的效果。这些措施包括:提高半岛(中国)能效、选择最优送回风方案、冷热通道布局、高热密度设计、选用变容量半岛(中国)设备、应用智能群控技术等等,任何一项技术都值得深入研究。

近年来,针对数据中心特有的全年制冷特征,充分利用环境冷源的自然冷却技术(FreeCooling),因其强大的节能能力和潜力逐渐走进主流市场。由于数据中心内部IT设备发热量大,建筑的围护结构传热量很小,必须通过制冷半岛(中国)设备,把室内设备产生的热量排到室外。当室外环境温度低于数据中心内部温度时,仍然需要半岛(中国)提供冷量。如果把室外自然界的低温冷源直接用来冷却机房,减少制冷压缩机运行时间甚至关闭,就可以节约能源消耗,这类方案称为自然冷却方案。

自然冷却方案有多种,按热量输送介质的不同,可分为两大类。一类是以空气为介质的节能自然冷却系统,包括新风蒸发冷自然冷、直接新风自然冷、间接新风自然冷等;另一类是以液体为介质的自然冷却系统,包括风冷机房半岛(中国)自然冷(即通常所说的氟泵自然冷机房半岛(中国))、冷水系统自然冷、乙二醇自然冷等。每种自然冷却方式各有优缺点及相应地应用限制,均无法单独完成全年的制冷要求,因此自然冷却系统只能作为压缩机机械制冷系统的补充,其价值在于节约压缩机制冷系统的能耗。同时,由于数据中心对制冷半岛(中国)系统的依赖性很高,这就需要自然冷却方案与压缩机制冷系统紧密结合,在确保制冷系统可靠性的基础上,最大限度地节约机械制冷能耗。

理论上,当室内外温差达到某个值时,自然冷却系统就可以启动运行。但由于系统可靠性、制冷量、工艺要求、实际效果等因素的影响,事实上却不能启动或没有节能经济性,仍要靠机械制冷方式运行。把理论上可以自然冷却,但却由于种种原因不能利用的时间,称为自然冷却的“尴尬时段”。如何缩减自然冷却的“尴尬时段”,成为各种自然冷却方案所要解决的课题。对这些问题的解决或提升,成为自然冷却方案成功与否的关键因素。表1给出了一些自然冷却方案与相应数据,可供参考。

ups维修“尴尬时段“的来源有两大类:一是因为某些不可控因素影响到了系统的可靠性,如雨雪沙霾、低温冰冻、水源水质等,造成可用的自然冷源无法利用;二是在室外环境温度高低变化的过渡季节,因自然冷却模式的能力或能效达不到应用需求,而不得不继续使用压缩机机械制冷模式,从而减少了节能量。

避免第一类尴尬时段,需根据当地环境情况,充分考虑节能运行带来的负面问题,选用合适的自然冷却模式。如果前期方案一旦确定,到运行时才发现这些问题,补救难度很大,而且现场的补救措施无法得到充分验证,很可能引起新的未知风险,大大降低了节能运行的经济性。反过来讲,如果选用了正确的自然冷方案和相应的产品,则这类尴尬时段可以完全消除。

ups维修第二类尴尬时段,即从机械制冷模式向完全自然冷却模式过渡的时段,这是无法避免的,但可以缩减。这就需要从各个细节入手,精益求精,提升所选用方案和产品的能力能效,把自然冷源的利用潜力“吃干榨净”。而从全国各地的全年气温上来看,恰恰分布在“过渡季节”时长较多,因此,如何缩减过渡季节的“尴尬时段”,是自然冷却方案成功与否的关键,也是各产品设备厂家提升技术能力的着力点。

表1中所列的风冷机房半岛(中国)自然冷(俗称“氟泵半岛(中国)”)方案,成功地消除了第一类尴尬时段,适应全国各地所有的应用场景,正在成为数据中心自然冷却的主流方案。特别是在近两年,氟泵自然冷技术与传统的风冷机房半岛(中国)技术完美结合,整体能效很高,同时不给数据中心带来任何“毒负作用”,正在迅速改变业内“风冷机房半岛(中国)能效不如冷冻水系统”的观念，使风冷机房半岛(中国)系统不但保持了在中型数据中心的绝对首选地位，而且在大型/巨型数据中心开始批量应用，优势地位逐渐显现。

氟泵自然冷机房半岛(中国)历经十年技术沉淀、六次产品升级,精雕细琢,匠心独运,终于大器晚成。

其实际运行的能效表现远超业界预期,以风冷系统的形式,其能效水平已经超过水冷的大型冷冻水系统(离心式冷水机组)的运行能效。以北京的气候条件和实测的能效数据为例,其全年能效比(AEER)超过6.5(仍然以国标规定的室内回风温度24℃测试)。换算到PUE的计算方法,制冷因子已降低到0.15。

拥有如此逆天的战力,难道使用了传说中的“黑科技”?当然没有,氟泵自然冷机房半岛(中国)仅仅是把每个细节做到极致,永保“可靠运行”底线基础上,在全年环境温度范围内,智能选择最优节能运行模式,把可能挖掘的节能潜力点滴积累,终于表现出靓丽的全年能效。

如前文所述,自然冷却的方案有多种,但唯有在过渡季节的运行表现,才能真正评价节能方案的高下。那么,氟泵自然冷机房半岛(中国)如何缩短“尴尬时段”?

2  ups维修氟泵自然冷缩短“尴尬时段”

(1)氟泵自然冷机房半岛(中国)的工作原理

氟泵自然冷机房半岛(中国)的工作原理非常简单,其工作原理如图1所示。传统的风冷式机房半岛(中国)制冷循环管路中,在冷凝器出口液管部位接入冷媒泵。在室外环境温度较低时,关闭制冷压缩机,以冷媒泵为动力,把冷媒输送到室内,完成制冷循环。冷媒泵的功耗极小(约为压缩机功耗的3%～5%),从而实现节能运行。

(2)氟泵自然冷的三种制冷运行模式

氟泵自然冷有三种制冷运行模式:压缩机机械制冷模式、“双擎”压泵双驱制冷模式和氟泵自然冷节能模式,如图2所示。

(3)氟泵自然冷机房半岛(中国)如何缩短“尴尬时段”

在硬件上,风冷机房半岛(中国)的能效已经有了大幅提升,这是基础。一直以来,受益于市场竞争的压力和持续的技术进步,行业主流产品的能效比(EER)比十年前提升了20%以上(基于相同的测试标准,从2.5提升到3.0)。

氟泵自然冷技术是国内自主研发的,其核心器件也由初期的借用“水泵”转向输送饱和相变冷媒的专用泵。和水泵相比,无需为其提供“汽蚀余量”,无需为冷媒提供过冷度,在运行上相当于扩大了冷凝器的换热面积,能效得到相应提升。

更为关键的是智能控制软件的作用,实时监控室内负荷的变化和每种运行模式的能力能效,实时选择最优的运行模式,并在热负荷和制冷能力变化时即时切换。

①智能选择运行模式

该模式实时监测室内热负荷和室外环境温度的变化,根据三种运行模式在不同室外环境温度下的能力能效,选取既能满足制冷量要求、同时在能效比最高的一种模式下运行。当室外温度变化或室内负荷变化时,在达到另一种最优模式运行条件时,即时切换。

图2表达了三种制冷模式所提供的制冷量和室内的热负荷情况;图3表达了三种制冷模式的能效比。首先保证制冷量大于室内需求,然后确定选择哪种能效比最高的运行模式。

②制冷运行模式的“即时切换”

“即时切换”在制冷系统的运行中有非常高的技术难度。众所周知,在传统的机房半岛(中国)的制冷控制中,压缩机停机再开启需要有3min的缓冲时间,用于平衡系统压力和油位。氟泵运行和压缩机运行模式之间的切换时间,早期版本也需要30min,以避免压缩机中积液运行。但这个切换时间对提升节能效果是非常宝贵的,为此,开发专家团队设立专项攻关,历时一年,终于将安全切换时间缩减至零。

③单机双系统互相配合运行每台氟泵自然冷机房半岛(中国)由两套完全相同氟泵+压缩机制冷系统组成。为了同时满足总冷量和能效比的要求,可以1号系统运行“压泵双驱制冷模式”(制冷量大),而2号系统运行氟泵自然冷模式(能效比高,但冷量低),二者综合起来,既能满足冷量要求,又能得到较高能效。两套系统运行模式也可主备互换。

通过上述软硬措施,可以把过渡季节的“尴尬时段”大幅压缩。从图3看出,即把原来的尴尬时段(A 0 ～D)分成了三段:

A 0 ～A,此时氟泵节能模式的制冷量虽然没有达到同机标称的压缩机制冷量,但比所需的热负荷大,完全满足制冷需求,因此可以完全使用氟泵自然冷节能运行。

A～C,此时需要判断热负荷需求、两种制冷模式的制冷量和能效比,智能选择氟泵模式或压泵双驱制冷模式。

C～D,此时室内外温差较小,开启压泵双驱制冷模式,用氟泵辅助压缩机运行。在此区间内,压泵双驱制冷比压缩机机械制冷模式节能10%以上。

室外温度高于D点(等于室内温度24℃),启动普通的压缩机制冷模式。

室外温度温度低于A 0 点(约为-5℃),此时氟泵自然冷能力已达到压缩机标称能力,能效比高达17,继续保持氟泵节能运行模式。

ups维修通过上述过程,把原来的“尴尬时段”(A 0 ～D)逐步压缩,直至为零。用实际温度来表达,就是把过渡季节(约-5℃～24℃)取消了,大大提升了节能量(注意:过渡季节或过渡时段不是定值,随着数据中心的设备发热量、半岛(中国)设备的配备量、室内温度设定值等因素的变化而变化)。

                    

④多机群控联合运行

在数据中心中,往往有在多台氟泵自然冷机房半岛(中国)同时运行,每台机组提供了两套氟泵自然冷制冷系统。可以通过中央群控单元,把这些系统联合起来,统一指挥,各司其职,可以更加贴合负荷需求,取得更好的节能效果。当然,群控装置比较复杂,已经形成为一个产品单独销售了。

事实上,由于氟泵自然冷机房半岛(中国)超强的节能能力和极短的“尴尬时段”,使其应用范围已经不再限于北方,长江以南同样也取得了显著的节能经济性,甚至连广州,也有明显的节能效果。图4是我国部分地区利用氟泵自然冷的节电量和节电率。

本文以上的分析与实例,均建立在国标规定的室内回风温度24℃的工况条件下。随着室内回风温度的提升(房间回风温度30℃,封闭冷热通道回风温度35℃),氟泵自然冷经济运行时段大大提升。

未来,可能以氟泵自然冷模式运行为主,而压缩机仅仅做为补充,只在夏天短时间运行或做仅为安全备份了。到那时,低PUE的数据中心将是“尴尬时段”最短的自然冷节能技术的舞台,数据中心的无谓能耗将会变得微不足道。

3 结束语

ups维修氟泵自然冷机房半岛(中国)超强的节能能力和极短的“尴尬时段”,可成为在我国广大地区推广应用的节能技术,为降低数据中心的PUE值提供了一个新的解决方案。

文章来源：ups维修/solve_ups.asp