| 本文分析了 冷卻塔供冷的關鍵因素，如熱工曲線、濕球溫度、工況切換點等，得出以下結論，為數據中心節能設計提供參考依據。 冷卻塔供冷按冬季工況選取，夏季校核，結合夏季工況靈活配置； 冬季供冷以小于冷卻塔的額定流量來獲取較低出水溫度，延長冷卻塔供冷時間； 冷卻水泵應設變頻，適應管網特性曲線變化等設計方法。 01 冷卻塔供冷冷卻塔供冷分直接供冷與間接供冷兩種，由于直接供冷需室外冷卻水直接進入空調末端，水質不佳時易引起末端堵塞，而影響系統運行，工程中大多數采用間接供冷系統（開式冷卻塔+板式換熱器），即與冷水機組并聯或串聯一臺板式換熱器。 冷水機組與板式換熱器并聯，濕球溫度達到一定值時，由板式換熱器提供全部冷量 ，關閉冷水機組，使冷卻水和冷凍水分別進入板式換熱器，冷卻塔做為冷源，達到自然冷卻，但并聯形式不能采用部分自然冷卻； 冷水機組與板式換熱器串聯，冷水串聯經過板式換熱器與冷水機組，過渡季節用冷卻塔出水先預冷冷水回水，再進入冷水機組制冷 ，減小主機能耗，得到可觀的部分自然冷卻時間，僅額外增加水在板式換熱器內的輸送能耗。為充分利用部分自然冷卻，北方地區數據中心往往選擇冷水機組與板式換熱器串聯這種組合形式，見圖1，本文討論也是基于這個系統。 圖1 冷卻塔供冷系統原理圖 02 負荷側系統設計 2.1 冷負荷 數據中心主要由服務器、UPS等散熱轉化而成的顯熱負荷，幾乎沒有潛熱負荷，冬夏季冷負荷相差不大，冷卻水流量大致在80%~100%內變化；末端干工況運行，冷負荷按顯熱負荷考慮。 2.2 冷水供水溫度 數據中心考慮采用溫濕度獨立控制方案，由高溫冷水處理顯熱負荷，新風進行獨立的加濕或除濕。冷水供水溫度取值，直接受機柜進風溫度取值的影響。 ASHARE推薦的機柜進風溫度宜取20~25℃，允許范圍是18~27℃。考慮到空氣-水換熱器空氣側阻力降的影響， 送風溫度與冷水供水溫差取8℃ ，可有多種供水溫度與送風溫度組合，常用的有送風溫度20 ℃，冷水供回水溫度為12/18℃；送風溫度23℃，冷水供回水溫度為15/21℃。 當然送風溫度還可進一步提高，負荷側供水溫度也隨之升高，冷水機組能效提高，在冷卻塔供冷時，冷卻塔出水溫度相應升高。 03 冷源側系統設計 3.1 冷卻塔選型 冷卻塔的冷卻能力是冷卻塔供冷的核心 ，冬季冷卻塔的冷卻能力急劇下降，即在相同的冷卻水供回水溫差與流量條件下，冷卻塔在冬季比夏季更難于散熱。 若要獲得與夏季相同的換熱量和水溫降，必須加大冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的差值，靠顯熱交換獲得冷卻量。 由于數據中心基本是常年穩定的冷負荷，按夏季工況選擇的冷卻塔在冬季用作自然冷卻時，要求其提供的冷卻量要基本不變，因此， 數據中心采用冷卻塔供冷時， 為了更好節能，應盡量延長自然冷卻時間， 通常按冬季自然冷卻工況選型，并對夏季端濕球溫度進行校核 ，以滿足數據中心可靠性的要求。 一般情況下，北方地區按冬季工況選型的冷卻塔都能滿足夏季工況，塔型結合夏季工況靈活配置。 通過冷卻塔冷卻特性的模擬計算，獲得了冷源水供水溫度 （即冷卻塔出水溫度） 、供回水溫差以及不同流量比（實際流量與額定流量之比）下的室外濕球溫度值，如圖2、3所示。 冷卻塔逼近度 （即送風溫度與冷水供水溫度差） 越小，冷卻效果越好 ，但過分追求小的逼近度，塔體成分和外形尺寸將會加大，權衡考慮，數據中心工程中冷卻塔夏季選型一般取3℃，按此選擇冷卻塔，在大多數時間運行中容量富余。顯然，逼近度不是一個定值，而是由設計人員根據具體項目確定。 圖2 流量比100%時冷卻塔供冷熱工曲線 圖3 流量比85%時冷卻塔供冷熱工曲線 根據圖2，當室外濕球溫度達到1℃時，如果流量不變且仍要求5℃溫降，則冷源側供水溫度達10.5℃，逼近度為9.5℃，板式換熱器換熱溫差取1.5℃，負荷側冷水供水溫度將達到12℃。 由圖3，其他條件不變，冷卻水量變為85%，在室外濕球溫度1℃時，冷卻塔出水溫度可達到9.5℃。 若想獲得較低的冷源側供水溫度，則可通過減少冷卻水量或減小冷卻水進出水溫差來實現。 由于在水系統中，水泵能耗約占主機能耗15%~20%左右，遠小于主機能耗，應盡量將自然冷卻做為主要節能環節，適當考慮水泵輸送功率和率運行等問題，在使用要求的提下， 盡量提高冷水供水溫度和冷源側供水溫度 ， 延長自然冷卻時間 。 冷卻水供回水溫差Δt c 越小，可以在更高室外濕球溫度下使用，獲得更多的自然冷卻時間；冷卻水供回水溫差Δt c 也不宜過小，考慮到數據中心冬夏負荷變化不大，冷卻塔水量可減小到其額定水量的 80% ，數據中心項目冷卻水供回水溫差一般不宜小于 4℃ 。 3.2 工況轉換 點 工況轉換點的選擇，直接關系到整個供冷系統的供冷時數。 根據某品牌逆流冷卻塔數據擬合，得出濕球溫度與逼近度的數學關系式，及冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的關系式tc1=0.81tw+9.33。冷水供水溫 原創作者：江蘇良一冷卻設備有限公司 |
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