.一、蓄冷目的
在电力系统发生故障时,需要启动柴油发电机组提供后备电力,从柴油发电机组启动至稳定供电的过程中,空调系统中断无法正常供冷,为了解决这一隐患,实现不间断制冷目的,在空调系统中设置蓄冷设施,储备一定冷量来解决这一问题。从数据中心的实际使用情况来看,配置蓄冷系统是一个易于实现又较为经济的方案。蓄冷罐结构见【图1】。
图1 蓄冷罐结构
另外利用夜间谷段电力的低电价,对数据中心蓄冷罐进行蓄冷,在白天电价较高的峰段电力期间,将蓄藏的低温冷冻水释放出来供数据中心空调系统制冷使用,达到削峰填谷的目的,可以部分降低电费。
二、蓄冷罐分类
蓄冷罐分为闭式罐和开式罐,开式罐相对容量较大,一般采用立式设计;闭式罐相对开式罐来说,容量较小,可以采用立式设计,也可以卧式设计,见【图2】。
图2 蓄冷罐分类
三、蓄冷原理
1、立式蓄冷罐
蓄冷罐利用斜温层原理,采用分层式蓄冷技术,充分利用蓄水温差,输出稳定温度的空调用冷水。当放冷时,见【图3】,随着冷水不断抽出和热水不断流入,斜温层逐渐下降。反之,当蓄冷时,随着冷水不断送入和热水不断从出水管被抽出,斜温层稳步上升。
图3 立罐充放冷原理方案
2、卧式罐
类似自然分层式储水法,在蓄水罐内部安装一定数量的膈膜或隔板来实现冷热水的分离,这样的蓄水罐可以不用散流器,放冷和充冷见【图4】和【图5】。
图4 卧罐放冷模式
图5 卧罐充冷模式
四、蓄冷罐设计
数据中心蓄冷罐设计架构方式较多,常见的架构如下:
1、单级泵串联
主机和蓄冷罐串联在同一回路。当冷机供冷时,冷机直接向末端供冷;冷机中断后,调节阀门,冷罐向外面供冷;UPS提供电动阀和循环水泵电源。常见工作模式如下:
(1)保冷模式
水泵和冷机运行正常,蓄冷罐不充冷,也不放冷,处于保温(保冷)状态,见【图6】。
图6 单级泵串联保冷模式
(2)放冷模式
断电后,冷机退出工作,冷冻泵电源由UPS提供,关闭电动阀1,全开电动阀2,冷量由蓄冷罐提供,见【图7】。
图7 单级泵串联放冷模式
(3)充冷模式
电源恢复后,制冷机组重新启动,电控阀1开度开大,关小电动阀2,冷冻机组向机房供冷的同时对蓄冷罐蓄冷,原理见【图8】。调整电动阀1、2的开度,可以控制充冷速度。
市电电源重新恢复后,机组启动,关闭放冷泵,充冷阀打开,冷冻机组向机房供冷的同时对蓄冷罐充冷,蓄冷罐完成充冷后关闭充冷阀门,见【图12】。
图8 单级泵串联充冷模式
(4)设计案例
单级泵串联见【图9】。
图9 单级泵串联设计案例
2、单级泵并联
单级泵并联就是配置单独的放冷泵,放冷泵电源采用UPS不间断电源。它也有三种工作模式:
(1)保冷模式
冷机正常工作,只向机房供冷,蓄冷罐处于保温模式;保冷中,可以适时打开充冷阀,向蓄冷罐充冷,见【图10】。
图10 单级泵并联保冷模式
(2)放冷模式
市电中断后,机组和冷冻循环泵停止工作,这是放冷泵工作,充冷阀关闭,蓄冷罐为机房提供冷量。充冷阀和放冷泵供电也需要UPS电源,见【图11】。
断电后,冷机退出工作,冷冻泵电源由UPS提供,关闭电动阀1,全开电动阀2,冷量由蓄冷罐提供,见【图7】。
图11 单级泵并联放冷模式
(3)充冷模式
市电电源重新恢复后,机组启动,关闭放冷泵,充冷阀打开,冷冻机组向机房供冷的同时对蓄冷罐充冷,蓄冷罐完成充冷后关闭充冷阀门,见【图12】。
图12 单级泵并联充冷模式
(4)设计案例
一级泵并联见【图13】。
图13 一级泵并联设计案例
3、二级泵共罐系统
二级泵共罐系统,就是蓄冷罐设计在一二级泵的汇接处,根据一级泵和二级泵流量的差值,实现多种运行模式的转变;采用UPS电源来保证二次循环泵的电源。
(1)保冷模式
当一级泵流量等于二级泵流量时,冷冻水就不经过蓄冷罐内,这时冷机只对机房供冷,见【图14】。
图14 保冷模式
(2)应急放冷模式
当市电中断后,一级泵无流量,二级泵循环的流量完全经过蓄冷罐,蓄冷罐的冷量就对机房供冷,见【图15】。
图15 应急放冷模式
(3)充冷模式
当市电恢复后,冷机和一级泵重新工作,二级泵的流量小于一级泵,这时冷机承担所有机房负载的同时,对蓄冷罐进行充冷,见【图16】。
图16 充冷模式
(4)设计案例
二级泵共罐系统设计案例见【图17】。
图17 二级泵共罐系统设计案例
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