數據中心最佳實踐 孫長青
在數據中心的大型空調水系統(tǒng)中，為了達到連續(xù)制冷的功能，采用的措施主要是蓄冷技術。在Uptime 對于T4等級的數據中心要求里，明確要求了連續(xù)制冷功能；在其他規(guī)范和標準里面，對于這個功能沒有明確而具體的要求。但針對非有計劃的失電時，仍然需要保證空調系統(tǒng)提供正常冷卻功能的數據中心來說，設置蓄冷系統(tǒng)不失為一個既技術可行又經濟的選擇。
為什么數據中心選擇水蓄冷系統(tǒng)？
工程中常用的蓄冷介質有下列三種蓄冷介質：
1. 水：利用水的溫度變化儲存顯熱量，蓄冷溫度一般取4℃以上，蓄冷溫差為5～11℃。水的單位體積蓄冷量較小，為5.8～12.77kW·h／m3，蓄冷貯槽體積較大。制冷機可以按常規(guī)空調工況或者稍低溫度運行。
2. 冰：利用冰的溶解潛熱儲存冷量，制冰溫度一般取—4～—8℃；冰的單位體積蓄冷量較大，為40～50kW·h／m3，冰蓄冷貯槽所占容積較水蓄冷小。冰蓄冷可提供較低的供水溫度，但至少1臺制冷機為雙工況型，在制冰期間的效率會有所下降。
3. 共晶鹽：無機鹽與水的混合物稱為共晶鹽，共晶鹽的相變溫度一般為5～7℃。該蓄冷方式的單位體積蓄冷量約為20.8kW·h／m3，所需蓄冷槽的體積介于冰蓄冷和水蓄冷之間。制冷機可按常規(guī)空調工況運行。
綜上所述，水蓄冷是單位體積蓄冷量最小的蓄冷方式，需要的蓄冷槽容積最大；盡管如此，水蓄冷系統(tǒng)依然是目前數據中心常用的蓄冷形式。為什么選擇水蓄冷而不是選擇其他蓄冷方式呢？有以下幾個原因：
1. 數據中心項目的冷凍水溫度都較高，有的系統(tǒng)冷凍水供回水溫度做到17/23℃；如果采用水蓄冷，冷水機的運行可以做到只有一種工況，而不是采用雙工況冷水機，按照系統(tǒng)供水水溫提供出水溫度即可，可以在原有冷機參數的基礎上設計蓄冷系統(tǒng)的水溫參數，并且可以保證供冷及蓄冷工況時的冷水機效率均較高。
2. 數據中心的蓄冷時間較短，滿足市電柴電轉換時間即可，一般設置為15分鐘，也可以更短，所以水蓄冷單位體積蓄冷量小的劣勢沒那么明顯，數據中心的場地可以滿足設置水蓄冷罐，也可以在規(guī)范和功能許可下與其它一些水池有條件的合用。
3. 數據中心的放冷時間不規(guī)律，且對安全可靠性要求很高，冰蓄冷和共晶鹽都需要增加中間換熱器，泵等專有蓄放冷設備，而水蓄冷可直接并聯或串聯進入冷凍水系統(tǒng)，與冷凍水系統(tǒng)共用水泵，蓄放冷過程簡單，可實現機械式轉換，安全可靠性高，能隨時切入放冷，適應突然失電的情況。
4. 水蓄冷的蓄冷溫度提高，相對冰蓄冷和共晶鹽蓄冷節(jié)省了向周圍環(huán)境的散冷量，而數據中心的蓄冷罐需要一直保持蓄冷狀態(tài)，節(jié)約此部分能耗有較大的節(jié)能意義。
為什么冷機與蓄冷罐并聯？
按照冷水機與蓄冷罐的系統(tǒng)里的關系，可以有三種形式：
冷水機組在蓄冷罐下游的串聯形式；
冷水機組在蓄冷罐上游的串聯形式；
冷水機組與蓄冷罐并聯形式。
對于舒適型空調系統(tǒng)，設計蓄冷系統(tǒng)目的是為了利用電價差進行節(jié)能；而數據中心的空調系統(tǒng)，設計蓄冷系統(tǒng)目的是為了數據中心的連續(xù)制冷，當然也可以在特定條件下，利用這個系統(tǒng)進行充放冷運行而達到一部分節(jié)能的目的。而數據中心的蓄冷系統(tǒng)相對于舒適性空調的蓄冷系統(tǒng)來說，應該更加簡單可靠。
蓄冷罐與冷機串聯系統(tǒng)示意圖
蓄冷罐與冷機并聯系統(tǒng)示意圖
對于舒適性空調水蓄冷系統(tǒng)，需要考慮的過程為：1、單制冷機供冷運行工況；2、單制冷機蓄冷工況；3、單蓄冷罐放冷工況；4、制冷機供冷蓄冷罐蓄冷聯合工況；5、制冷機蓄冷罐聯合放冷工況；6、待機。而數據中心空調系統(tǒng)僅需要考慮：1、單制冷機供冷運行工況；2、單蓄冷罐放冷工況；3、制冷機供冷蓄冷罐蓄冷聯合工況；4、待機（僅限于調試階段）。
在工況3時，當采用冷水機組在蓄冷罐上游的串聯形式時，會出現短時間末端供水溫度不穩(wěn)定情況；當采用冷水機組在蓄冷罐下游的串聯形式時，會出現蓄冷罐的蓄水溫度高于冷水機供水溫度的情況。當采用冷水機組與蓄冷罐并聯形式時，沒有以上問題，而且系統(tǒng)可以做到簡單可靠。因此，對于大型數據中心蓄冷系統(tǒng)，一般不推薦使用串聯形式，宜采用并聯方式；對于小型的數據中心蓄冷系統(tǒng)，考慮一次泵系統(tǒng)簡單可靠，采用串聯也未嘗不可。
數據中心系統(tǒng)蓄冷系統(tǒng)典型系統(tǒng)
下面是數據中心的比較典型的帶蓄冷功能的冷凍水系統(tǒng)示意圖，僅供各位讀者參考。每個數據中心都有獨特的需求，蓄冷系統(tǒng)需要根據具體項目情況，采用合理的蓄冷技術進行設計，以達到滿足數據中心安全節(jié)能的運營要求。
1） 小型數據中心冷凍水蓄冷系統(tǒng)
冷水機（N 1配置）
一次泵（N 1配置）
閉式水蓄冷罐（N）
管路雙環(huán)路
2） 大型數據中心冷凍水蓄冷系統(tǒng)
冷水機（N 1配置）
N 1配置）
開式/閉式水蓄冷罐（N）
管路雙環(huán)路
兩種系統(tǒng)各有優(yōu)劣點，在數據中心項目中，一次泵系統(tǒng)相較于二次泵系統(tǒng)水泵能耗相對更低，二次泵系統(tǒng)相較于一次泵系統(tǒng)更安全可靠。每個數據中心都有獨特的需求，蓄冷系統(tǒng)需要根據具體項目情況，采用合理的蓄冷技術進行設計，以達到滿足數據中心安全節(jié)能的運營要求。
