閉式冷卻塔在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

魏齊美

安徽電信規(guī)劃設(shè)計有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230031

引言

在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中為了能夠更好地保證數(shù)據(jù)處理的安全性、穩(wěn)定性，專用空調(diào)系統(tǒng)被人們廣泛地應(yīng)用到風(fēng)冷型機(jī)房中。同時，在現(xiàn)代移動通信技術(shù)的支持下，數(shù)據(jù)機(jī)房的集成度水平不斷提高，與此相關(guān)的機(jī)房內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷型冷凝器散熱效果降低，使得數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)冷凝溫度較高、能耗消耗較大，在運(yùn)行管理不恰當(dāng)?shù)那闆r下還會出現(xiàn)服務(wù)器宕機(jī)的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息丟失。將閉式冷卻塔應(yīng)用到數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)中能夠協(xié)調(diào)好機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部資源消耗，從而有效防止數(shù)據(jù)信息丟失。

1 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

機(jī)房中的電子設(shè)備對周圍的溫度、濕度有著較高的要求，一般情況下，夏季時對數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部溫度要求是在22±2℃；冬季時對數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部溫度的要求是20±2℃。數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部的相對濕度要求在45%到65%。數(shù)據(jù)機(jī)房的空氣潔凈度要求：每升空氣中顆粒直徑不超過0.5um，數(shù)量不小于18000個，每小時的換氣次數(shù)不低于30次。數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)

伴隨數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部數(shù)據(jù)設(shè)備集成度的提升，數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)置出現(xiàn)了過度密集的問題，在設(shè)備布置過度密集的情況下容易出現(xiàn)散熱條件驟降的情況，由此產(chǎn)生的冷凝溫度也會提升，無形中加大了壓縮機(jī)排氣壓力和高壓報警的復(fù)位能力，最終會加大數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，在風(fēng)冷冷凝器風(fēng)葉轉(zhuǎn)動速度增大的情況下會使得機(jī)房室內(nèi)的噪音超過規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，最終導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行問題。

文章以某通信機(jī)房為研究對象分析現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行情況。從實際運(yùn)行情況來看，數(shù)據(jù)機(jī)房大樓的樓層為16層，房屋建筑物的高度為90m，機(jī)房的建筑面積為3200m2。柜機(jī)數(shù)量為650臺?？照{(diào)系統(tǒng)的風(fēng)冷冷凝器為62臺，布置在機(jī)房室外平臺上，在運(yùn)行的時候會承擔(dān)機(jī)房柜機(jī)的散熱負(fù)荷。機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中會遇到以下幾個方面的問題：第一，室外機(jī)房的布置比較密集，散熱條件較差，系統(tǒng)的冷凝溫度比較高，壓縮機(jī)的排氣壓力較高。整個系統(tǒng)的高壓報警比較頻繁，且實施操作的時候復(fù)位比較困難。第二，冷凝溫度比較高。在冷凝溫度較高的情況下會使得空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗比較高。第三，冷凝溫度較高，空調(diào)效率較低。整個空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)冷冷凝器風(fēng)葉會呈現(xiàn)出高速度的轉(zhuǎn)動，最終使得機(jī)房噪音超過規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，最終嚴(yán)重影響了房屋建筑樓群和周圍居民和生活[1]。

衡量空調(diào)節(jié)能性能高低重要指標(biāo)=理論制冷量/理論耗功量=蒸發(fā)溫度（冷凝溫度–蒸發(fā)溫度）。從整個公式的反應(yīng)來看，理論制冷系數(shù)高低深受蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的影響。在蒸發(fā)溫度達(dá)到一定數(shù)值的時候通過降低冷凝溫度數(shù)值就能夠有效提升理論意義上的制冷系數(shù)。也就是說空調(diào)在同時獲取冷量的時候就能夠減少壓縮機(jī)的耗電量，空調(diào)系統(tǒng)就能夠達(dá)到節(jié)能的效果。

2 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的改造

理論層面上的制冷系數(shù)能夠精準(zhǔn)地衡量空調(diào)性能優(yōu)劣，空調(diào)制冷系統(tǒng)單位內(nèi)耗能量范圍內(nèi)所獲得的制冷量=理論制冷系數(shù)/理論耗費(fèi)功量=蒸發(fā)溫度（冷凝溫度–蒸發(fā)溫度）。如果按照這樣的計算方式我們會發(fā)現(xiàn)，冷凝溫度、蒸發(fā)溫度都是決定理論制冷系數(shù)的關(guān)鍵因素，由此得出空調(diào)在獲得冷量的同時壓縮機(jī)內(nèi)部的能耗量降低，由此實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展。在夏天的時候，室外溫度比較高，冷凝器的溫度最高會達(dá)到50℃以上，基于冷凝器溫度對數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)散熱的影響，在室外溫度較高的時候，數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部的空調(diào)能耗就會極大，最終不利于數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)展。為了防止數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以將以往的風(fēng)冷系統(tǒng)改造為以冷卻水為基本冷卻機(jī)制的水冷系統(tǒng)，并將水冷系統(tǒng)的冷凝溫度設(shè)置在40℃以下[2]。

3 水冷改造的基本原理分析

水冷型機(jī)房空調(diào)內(nèi)部的冷卻介質(zhì)是冷卻水，一般情況下，冷卻水的溫度比較低，在42℃左右，為此，在夏季制取同樣的冷量，水冷型空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗要比風(fēng)冷型空調(diào)系統(tǒng)的能耗低，可以看出，改變冷卻介質(zhì)的方式是空調(diào)系統(tǒng)降低能耗、提升運(yùn)行速率的重要方式。

水冷型空調(diào)系統(tǒng)改造主要是指將風(fēng)冷冷凝器改造為水冷的模式，即在風(fēng)冷冷凝器上串聯(lián)一個水冷室外機(jī)換熱設(shè)備，通過該設(shè)備將之前的風(fēng)冷熱量排放系統(tǒng)轉(zhuǎn)入到冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中。在實施水冷改造操作的時候會在水冷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置一個包含冷卻水循環(huán)泵的冷卻塔，在這個冷卻塔的作用下能夠?qū)C(jī)房內(nèi)部熱量通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)排放到大氣中，為機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行減壓[3]。

4 閉式冷卻塔在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

閉式冷卻塔的基本構(gòu)造包括循環(huán)水泵、塔殼、噴淋水池、擋水管、冷卻盤等，在閉式冷卻塔運(yùn)行的時候熱量會通過過載介質(zhì)進(jìn)入到塔內(nèi)的盤管中，冷卻塔內(nèi)部的噴淋水系統(tǒng)形成的噴灑水墨會吸收這其中的一部分熱量，通過熱量的吸收來降低介質(zhì)的溫度。擋水板上的抽風(fēng)機(jī)會將抽取出來的服務(wù)器、存儲等設(shè)備的熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽，進(jìn)而達(dá)到理想化的冷卻效果。閉式冷卻塔的基本構(gòu)造如圖2所示。

圖2 閉式冷卻塔的基本構(gòu)造圖

4.1 閉式冷卻塔在風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵自動切換系統(tǒng)中的應(yīng)用

閉式冷卻塔的設(shè)計能夠有效提升整個數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的散熱率，并在這個過程中實現(xiàn)對一些資源、能源的重復(fù)利用，但是從實際運(yùn)行發(fā)展情況來看，整個系統(tǒng)在運(yùn)行的時候需要人工輔助進(jìn)行操作控制，特別是在循環(huán)泵出現(xiàn)系統(tǒng)故障的時候會無形中消耗比較多的能源和機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

將閉式冷卻塔應(yīng)用到風(fēng)冷、水冷自動切換風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵系統(tǒng)中能夠有效解決上述問題。在風(fēng)冷、水冷自動切換風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵系統(tǒng)運(yùn)行的時候，如果水冷循環(huán)泵出現(xiàn)了問題，系統(tǒng)會自動報警并及時切換到空調(diào)風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)，可繼續(xù)滿足整個數(shù)據(jù)機(jī)房的散熱要求[4]。

不僅如此，閉式冷卻塔在風(fēng)冷、水冷自動切換風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵系統(tǒng)中還能借助空調(diào)風(fēng)機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)來更好的收集溫度信號，根據(jù)實時性的冷卻介質(zhì)溫度反饋機(jī)制來自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，由此在最大限度上降低機(jī)房內(nèi)部的噪音指數(shù)。

4.2 閉式冷卻塔在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)計計算

在對風(fēng)冷系統(tǒng)冷凝器開展水冷改造的時候，一般需要在冷卻水系統(tǒng)終端設(shè)置五個閉式冷卻塔和三臺冷卻水循環(huán)泵，在特殊情況下還需要配備與之配套的定壓補(bǔ)水裝置和供水設(shè)備。數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的閉式冷卻塔循環(huán)水泵需要按照機(jī)房內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量來進(jìn)行設(shè)置。

按照數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計要求，整個系統(tǒng)的冷卻能力設(shè)定為2000kW，冷卻水的溫度在35℃左右?；谶@樣的要求，數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中閉式冷卻塔的各個元件要盡可能的不和外界接觸，只有這樣才會減少冷卻器內(nèi)部的污垢，提升閉式冷卻塔的換熱效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能建設(shè)。

4.3 閉式冷卻塔在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能分析

在經(jīng)過一系列的改造分析之后，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)每年能夠節(jié)省的電流資源總量達(dá)到了300kW以上。閉式冷卻塔能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻水閉路循環(huán)處理，水質(zhì)為軟化水，在軟化水的作用下能夠保證冷凝器出現(xiàn)污垢，且冷凝器的換熱效率也會大幅度的提升。機(jī)組自身攜帶的二次噴淋循環(huán)水泵組和淋水機(jī)構(gòu)外觀干凈、整潔，在負(fù)荷降低的時候，機(jī)組會由自動控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的變頻，最終實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)閉式冷卻塔閉路循環(huán)水系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，對機(jī)房內(nèi)部的空調(diào)進(jìn)行改造，經(jīng)過改造之后發(fā)現(xiàn)，在夏天的時候沒有出現(xiàn)高壓報警保護(hù)停機(jī)的現(xiàn)象，機(jī)房產(chǎn)生的噪聲基本滿足國家對噪聲環(huán)保的要求，數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的電能消耗大幅降低，使得數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行獲得理想的效益，冷卻水溫度穩(wěn)定，機(jī)房系統(tǒng)運(yùn)行安全。