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      動圖全方位解析機房空調原理、風冷及水冷系統

      時間:2022-02-14 08:48:52  來源:  作者: 28

        機房空調屬于精密空調的一種,是為了滿足精密設備特殊工藝及特定環境的要求而設計的,其目的是精確控制其溫度、濕度等并要求控制在一定范圍。 機房空調具有高顯熱比、要求大風量。一般為達到所需空氣參數,機房空調空調系統一般由制冷循環和空氣循環兩個循環部分組成,并主要分為水冷和風冷兩類。下面我們就通過系列動圖,來了解下機房空調的水冷系統和風冷系統。

      機房風冷系統

        這是傳統的冷卻方法,空調由內機和外機通過氟管路連接而成,內機由壓縮機、膨脹閥和蒸發器等組成,可以實現制冷和氣流輸送等功能,外機則用來散熱,如圖1。常規采用定速渦旋壓縮機制冷,少量采用數碼渦旋或者變頻渦旋壓縮機;風冷室外機安裝在室外或樓頂,內外機距離有限制:常規不高于室內機20米,不低于室內機5米,室內外管路長度推薦小于60米,超出需要延長組件和措施。

        圖1 風冷機房空調典型結構

        1.2 送風方式:常規分為上送風方式(圖2),風管送風方式(圖3)和地板下送風(圖4):

        圖2

        圖3

        圖4

        1.3 典型布置:為了優化氣流和進一步提升冷卻,采用下送約束是比較通風并進行冷池用的一種方式,如圖5。

        圖5 房間級空調典型氣流

        1.4 適合場景:風冷空調相互間獨立,無單點故障,特別適合中小型數據中心,當輸送氣流距離較短時,可以單側布置,當輸送距離較遠時,采用雙側布置,如圖6。

        圖6 數據中心風冷空調布置

        1.5 內機方式:除房間級空調外,還有風冷行間空調和柜級空調,這種方式,可以降低氣流的輸配距離,減少風機耗電,行間空調配合冷熱池封閉可以取得較好的冷卻效果,圖7,如果不封閉如圖8。

        圖7 行間空調+熱池封閉

        圖8 風冷行間空調

        為了進一步降低氣流輸配距離,部分數據機房也會采用柜級冷卻方式,如熱管背板,圖9

        圖9 柜級空調

        1.6 風冷機房空調優缺點

        優點:系統簡單、完全獨立,投資低,分期建設方便,無單點故障,可靠性高。缺點:外機數量多;渦旋壓縮能效低于離心機;外機風冷散熱,大規模布置不宜,夏天容易高壓;整體能效不高。適合:中小型數據中心。

      機房水冷系統

        水冷冷凍水系統包含兩個水系統,冷卻水系統和冷凍水系統,系統主要由水冷冷水機組、冷凍水泵、冷卻塔、冷卻水泵、水處理設備、定壓補水系統、冷凍水空調末端及管路閥門等組成,如圖10

        圖10 水冷冷凍水空調

        2.1 壓縮機,水冷冷凍水系統一般采用大型冷凍機組,冷量較大的選用離心機組以獲得較好的能效比,圖11,部分中型數據中心也會選用螺桿機組,圖12。

        圖11 離心機組工作原理

        圖12 螺桿機工作原理

        2.2板換:為了進一步提升能效,降低能耗,也會選配板換系統,圖13,當環境溫度較低時,開啟板換自然換熱。

        圖13 板換工作原理

        2.3 末端方式:冷凍水空調末端也分為房間級(圖14)、行間級(圖15)和柜級空調。

        圖14 冷凍水房間級架構

        圖15 冷凍水行間架構

        部分數據中心也會采用頂置空調,采用熱通道封閉方法,進一步縮短氣流循環距離,安裝頂置空調的放置方式,可以分為臥式(圖16)和立式(圖17)。

        圖16 頂置空調

        圖17 頂置柜級空調

        2.4 冷卻塔:冷卻塔有開塔、閉塔,有橫流和逆流之分,數據中心冷卻塔一般選用鋼塔,圖18 為橫流開式鋼塔。

        圖18 冷卻塔

        2.5 循環水泵:水泵是一種把機械能轉換為液體能量、讓水在水系統中循環起來的裝置,冷凍水和冷卻水的循環都是通過水泵來進行的,常見循環水泵有端吸泵和雙吸泵,如圖19。

        圖19 循環水泵

        2.6 蓄冷罐:考慮市電中斷后,冷凍機組從開機到正常運作需要一定的時間,故必須進行一定數量的冷凍水量儲備,如建立蓄冷罐或者蓄冷池,確保機房設備安全運行。蓄冷罐有開式和閉式之分,閉罐又分為立式和臥式,如圖20。

        圖20 臥式蓄冷罐

        2.7系統特點:

        優點:采用冷卻塔散熱,占地面積小且散熱效果好;離心壓縮能效高;冬季情況下使用板換可以實現免費供冷。

        缺點:系統構成復雜,投資大,有冷卻和冷凍兩個水系統,建設實施和運行維護復雜;水系統可靠性低,存在水浸機房可能;存在單點故障,需采用設備備份、環網或者雙系統來解決可靠性問題。

        常見布置:冷機能效高,終期負荷配備板換自然冷卻可以取得較好的能效,是目前大型數據機房中心普遍采用的方案。

        橫流塔

        逆流塔

        孔板原理

        冷機變頻

        冷機喘振

        冷機啟動方式

        離心機壓力變化

        離心機制冷原理

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        蓄冷罐原理

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        蒸發器

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