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数据中心基础设施之精密空调的那点事

2018-10-24   

中国电源产业网

导语:​随着信息化、智能化的浪潮慢慢涌上新时代的海岸,大数据、云计算的船帆已经从初窥一角到锋芒毕露,随之而来的数据存储量及计算量正在以光一样的速度增长。后端存储介质及计算处理服务器的性能及体量也似翻滚的牛宝宝一样,越来越多,越来越精密。存放这些设备的IDC及数据中心的任务也越来越重,要求的精密度也越来越高。为了我们越来越精密的设备更加节能、更加稳定的运转,数据中心基础设施必须紧跟IT设备步伐,再上一个台阶。

随着信息化、智能化的浪潮慢慢涌上新时代的海岸,大数据、云计算的船帆已经从初窥一角到锋芒毕露,随之而来的数据存储量及计算量正在以光一样的速度增长。后端存储介质及计算处理服务器的性能及体量也似翻滚的牛宝宝一样,越来越多,越来越精密。存放这些设备的IDC及数据中心的任务也越来越重,要求的精密度也越来越高。为了我们越来越精密的设备更加节能、更加稳定的运转,数据中心基础设施必须紧跟IT设备步伐,再上一个台阶。

作为数据中心基础设备里边最重要的环节之精密空调,对于它的要求也是精益求精,容不得一点的马虎。因为我们知道,一个大中型数据中心中,精密空调如果停止工作5-10分钟,高负载的IT设备所散发的热量足够将整个机房的温度上升20-30℃,导致所有IT负载宕机,我们的业务系统也就全部Game Over了。那么空调到底是怎么工作的呢?又是怎么分类的呢?下面我们就正式进入精密空调知识库,进行一番遨游吧。

1901年,威利斯•开利博士在美国建立世界上第一所空调试验研究室,第二年,这位伟大的先驱宣布设计了世界公认的第一套科学空调系统;再到1922年,开利博士发明了世界上第一台离心式冷水机组。这样,就凭借着这位伟大前辈一步一个脚印的钻研,号称夏天挽救了无数白领生命的空调诞生了。

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有些同学可能要问了,空调这两个字到底什么意思呢。顾名思义,空调的意思就是空气调节,调节空气中的温度、湿度以及洁净度,人为地创造一个舒适的生活和工作环境。数据中心机房和我们的办公室一样,而我们员工就和机房的IT设备一样,需要空调为我们调节温度、湿度、洁净度,来保证我们的大脑和IT设备的CPU等可以舒舒服服的计算。一旦温度过高,我们就会中暑,IT设备就会宕机;一旦湿度过高,我们呼吸就会不通畅,机房就会有大量冷凝水产生;一旦湿度过低,我们就会感到喉咙干痒,机房就会产生大量静电;一旦洁净度过低,我们呼吸系统就会有损害,机房内IT设备的电路板等也会有腐蚀。这样对比下来,是不是就清楚了。我们办公区域内,为我们调节空气的空调叫做舒适性空调,在机房内为IT设备调节空气的叫工艺性空调(精密空调)。

那么空调到底是怎么工作的呢?这里边我们首先需要知道空调的四大部件:冷凝器、蒸发器、膨胀阀、压缩机。所有的压缩式制冷的空调,包括我们办公室内的,机房内的,均由这四大部件构成。在这几个部件内循环进行热量传递的介质我们叫做制冷剂,目前精密空调常用的制冷剂是R401A或者R407C(R22制冷剂由于对臭氧层具有很强的破坏作用,已经逐渐停止使用了)。

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制冷剂在这四大部件内循环流动,根据制冷剂的压力变动、温度变化、气液转换,来完成热量的传递。液态制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物质的热量之后,汽化成低压、低温的蒸汽,被压缩机吸入压缩成高压、高温的蒸汽,然后进入冷凝器向冷却物质放热而冷凝为高压、中温的液体,在经节流装置节流以后变为低压、低温的液态制冷剂,再次进入蒸发器吸热汽化,从而起到循环制冷的目的。

精密空调如何分类?

根据空调制冷方式的不同,大体可以分为如下几大类:

1. 风冷直膨型

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末端冷媒:R410A/R407C/R22等制冷剂;

特性:结构简单,安装方便快捷,成本较低;相对小独立的制冷循环,维护保养方便;适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所;制冷能效比相对较低;不能过长安装距离(管路路由一般不建议超过60米),否则制冷损失大。

2. 水冷型

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末端冷媒:R410A/R407c/R22等制冷剂;

特性:制冷剂出厂前充注好,现场安装方便快捷;可长距离安装;一般需要水与乙二醇的混合溶液;较适合用于大型的有冷却塔的系统。

衍生的自然冷却系统-室内侧通过二级盘管进行间接自然冷却:

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这种类型的自然冷却系统包括一个直接膨胀制冷回路(冷媒盘管)和一个单独的冷水回路(冷水盘管)。制冷剂回路包含蒸发器、膨胀阀、压缩机和板式冷凝器;冷水回路仅包含表冷器及流量调节阀。当室外温度较高时,机组通过冷媒回路启动压缩机进行制冷,板式冷凝器的热量通过水管路经干冷器排到室外;当室外温度较低时,室内压缩机不开启,温度较低的水直接流到冷水盘管给房间进行降温;当处于过度季节时,冷水盘管常开,冷媒盘管间接性运转实现对房间温湿度的控制。光大上地机房的中华厅改造项目就是采用的这种室内侧二级盘管间接自然冷却系统。

3. 风冷冷冻水型

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末端冷媒:冷冻水;

特性:免装冷却塔,安装容易,移动方便,适合于水源缺乏免装水塔场合;绝佳的冷却冷凝效果,稳定的节流机构;高EER值,噪音低,运行稳定。

衍生的自然冷却系统-室外侧通过二级盘管进行间接自然冷却:

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采用干式冷却器作为风冷冷水机旁通的节能冷却模式,当室外空气条件在设定值范围内时,利用干冷器直接冷却数据中心内的冷冻水。泵将冷冻水送入并穿过干式冷却器后的冷冻水送往机房精密空调。冷水机的旁通阀可根据室外冷风的冷冻程度决定关闭或在更高效率下运行。光大远期石景山机房就是采用的这种室外侧二级盘管的间接自然冷却系统。

4. 水冷冷冻水型

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末端冷媒:冷冻水;

特性:集中制冷,制冷效率高;采用高效传热换热器,冷量损失少,易回油,传热管不易发生冻裂等优点。

衍生的自然冷却系统-室外侧采用板式换热器进行自然冷却:

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冷水机组的旁通阀可以根据冷却水的冷冻温度决定是否关闭。当室外温度较高时,冷却塔给冷水主机提供冷却水,冷水机组为机房精密空调提供冷冻水;当室外温度较低时,冷却塔直接给室内精密空调提供冷冻水,冷水主机停机。

编辑:编辑部

来源:《电源工业》杂志

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