本文分析了 冷卻塔供冷的關(guān)鍵因素,如熱工曲線、濕球溫度、工況切換點等,得出以下結(jié)論,為數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計提供參考依據(jù)。 冷卻塔供冷按冬季工況選取,夏季校核,結(jié)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(yīng)設(shè)變頻,適應(yīng)管網(wǎng)特性曲線變化等設(shè)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(diào)末端,水質(zhì)不佳時易引起末端堵塞,而影響系統(tǒng)運行,工程中大多數(shù)采用間接供冷系統(tǒng)(開式冷卻塔+板式換熱器),即與冷水機組并聯(lián)或串聯(lián)一臺板式換熱器。 冷水機組與板式換熱器并聯(lián),濕球溫度達到一定值時,由板式換熱器提供全部冷量 ,關(guān)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,達到完全自然冷卻,但并聯(lián)形式不能采用部分自然冷卻; 冷水機組與板式換熱器串聯(lián),冷水串聯(lián)經(jīng)過板式換熱器與冷水機組,過渡季節(jié)用冷卻塔出水先預(yù)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(nèi)的輸送能耗。為充分利用部分自然冷卻,北方地區(qū)數(shù)據(jù)中心往往選擇冷水機組與板式換熱器串聯(lián)這種組合形式,見圖1,本文討論也是基于這個系統(tǒng)。 圖1 冷卻塔供冷系統(tǒng)原理圖 02 負荷側(cè)系統(tǒng)設(shè)計 2.1 冷負荷 數(shù)據(jù)中心主要由服務(wù)器、UPS等散熱轉(zhuǎn)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(nèi)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(shù)據(jù)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℃?紤]到空氣-水換熱器空氣側(cè)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(cè)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(yīng)升高。 03 冷源側(cè)系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)中心基本是常年穩(wěn)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(shù)據(jù)中心采用冷卻塔供冷時, 為了更好節(jié)能,應(yīng)盡量延長自然冷卻時間, 通常按冬季完全自然冷卻工況選型,并對夏季端濕球溫度進行校核 ,以滿足數(shù)據(jù)中心可靠性的要求。 一般情況下,北方地區(qū)按冬季工況選型的冷卻塔都能滿足夏季工況,塔型結(jié)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(quán)衡考慮,數(shù)據(jù)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(shù)時間運行中容量富余。顯然,逼近度不是一個定值,而是由設(shè)計人員根據(jù)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(jù)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(cè)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(cè)冷水供水溫度將達到12℃。 由圖3,其他條件不變,冷卻水量變?yōu)?5%,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(cè)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(xiàn)。 由于在水系統(tǒng)中,水泵能耗約占主機能耗15%~20%左右,遠小于主機能耗,應(yīng)盡量將自然冷卻做為主要節(jié)能環(huán)節(jié),適當考慮水泵輸送功率和高效率運行等問題,在保證使用要求的提下, 盡量提高冷水供水溫度和冷源側(cè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心項目冷卻水供回水溫差一般不宜小于 4℃ 。 3.2 工況轉(zhuǎn)換 點 工況轉(zhuǎn)換點的選擇,直接關(guān)系到整個供冷系統(tǒng)的供冷時數(shù)。 根據(jù)某品牌逆流冷卻塔數(shù)據(jù)擬合,得出濕球溫度與逼近度的數(shù)學關(guān)系式,及冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的關(guān)系式tc1=0.81tw+9.33。冷水供水溫 |