作者 岳仁杰 ，李斌

數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)在設(shè)計與建設(shè)過程中一般按滿負(fù)荷N+1或2N架構(gòu)進(jìn)行，數(shù)據(jù)中心初期上架率較低、熱負(fù)荷較低，此時進(jìn)入冬季運(yùn)行模式，制冷系統(tǒng)既要保證數(shù)據(jù)中心制冷安全又要做好自身防凍措施，同時應(yīng)對外界氣溫驟降、負(fù)荷突增、設(shè)備故障等的風(fēng)險。

閉式冷卻塔主要由蒸發(fā)換熱盤管、噴淋水系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)框架4個部分構(gòu)成。

冷卻水在盤管內(nèi)封閉循環(huán)，噴淋水在盤管外形成水膜蒸發(fā)吸熱，引風(fēng)系統(tǒng)將箱體外部溫度濕度均較低空氣引入箱體與盤管、噴淋水換熱，同時帶走噴淋水蒸發(fā)后的水蒸氣，從而達(dá)到為冷卻水降溫的目的。

因為其封閉的冷卻水系統(tǒng)，避免了楊絮、沙塵污染，使制冷系統(tǒng)運(yùn)行時安全性提高，減少了因水質(zhì)差造成的冷凝器換熱降效現(xiàn)象，其水質(zhì)也可以在冬季運(yùn)行時將冷凍水冷卻水直接連通，使用冷卻塔+精密空調(diào)模式（無板換模式）直接進(jìn)行數(shù)據(jù)中心自然冷卻，從而起到節(jié)能減排的作用。

也正因為其封閉的冷卻換熱盤管構(gòu)造，凍結(jié)的風(fēng)險較大，華北地區(qū)數(shù)據(jù)中心冬季低負(fù)荷運(yùn)行需要采取必要的防凍措施以及相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

#1低負(fù)荷狀態(tài)下冬季閉式冷卻塔的應(yīng)對措施

1.1 設(shè)計時對低溫低負(fù)荷運(yùn)行的考量

在數(shù)據(jù)中心設(shè)計之初，設(shè)計人員需要充分考慮初期低負(fù)荷狀態(tài)下低溫運(yùn)行的應(yīng)對措施，并在施工過程中完成。低溫低負(fù)荷狀態(tài)下要盡量減少冷卻水系統(tǒng)的散熱，主要措施有減少散熱面積、控制通風(fēng)量、提高冷卻水水溫等。所以會從以下幾個方面進(jìn)行設(shè)計。

1）選用模塊化、組合式、有溫控箱控制的可變風(fēng)量、可變噴淋水量的冷卻塔。

閉式冷卻塔主要部件之一為換熱盤管，大多數(shù)冷卻塔由多個單獨(dú)的散熱模塊組合而成?？梢酝ㄟ^控制換熱盤管模塊的大小（盤管排數(shù)、直徑、總換熱面積等），給換熱模塊設(shè)計獨(dú)立進(jìn)出水控制閥門，為冷卻塔小模塊運(yùn)行提供可能。

通風(fēng)量是冷卻塔散熱能力的重要考核指標(biāo)，通風(fēng)量越大，換熱能力越強(qiáng)。低負(fù)荷運(yùn)行的情況下需要做到風(fēng)量可調(diào)，如使用變頻控制系統(tǒng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，也可以使用多風(fēng)機(jī)組合，改變風(fēng)機(jī)投用數(shù)量實(shí)現(xiàn)冷卻塔風(fēng)量的調(diào)節(jié)。同理，噴淋水的循環(huán)水量也可以如此調(diào)節(jié)。

2）冷卻塔噴淋水集水盤需要有電加熱及溫控箱設(shè)計。

當(dāng)噴淋水循環(huán)量為零時，噴淋水無法通過熱交換得到充足的熱量，在集水盤中不斷散熱，會造成結(jié)冰現(xiàn)象。結(jié)冰后，首先會對設(shè)備本身造成損壞如脹裂集水盤、凍裂噴淋泵；其次會造成需要噴淋水降溫時卻無水可用的后果。電加熱可以設(shè)定在3℃加熱，8℃停止，既確保運(yùn)行安全又避免電加熱的頻繁啟停。

3）冷卻塔相關(guān)水系統(tǒng)管道需要增加電伴熱、保溫及自動溫控箱設(shè)計。

冷卻塔相關(guān)水系統(tǒng)管道有冷卻水管道、噴淋水管道、補(bǔ)水管道以及排水、排污管道。

冷卻水管道在室外面積較大，在低負(fù)荷運(yùn)行時有些冷卻塔模塊會被棄用，冷卻水管道很可能無水循環(huán)流動，長時間（3~4個月）在低溫條件下散熱，管內(nèi)水容易凍結(jié)。

噴淋水在閉式冷卻塔低負(fù)荷運(yùn)行時也為間歇性運(yùn)行，噴淋泵、噴淋水管道長時間停用，內(nèi)部水均有凍結(jié)風(fēng)險。

由于冷卻塔冬季低負(fù)荷運(yùn)行時蒸發(fā)量很小，補(bǔ)水也是間歇性的，長時間無流動無室溫自來水的熱量補(bǔ)充，很容易凍結(jié)。

另外，在冬季冷卻塔清洗、排污過程中，排水、排污管路溫度很低、散熱很快，管道內(nèi)的積水及閥門處的死水很容易發(fā)生凍結(jié)，造成管路、閥門等位置的損壞。

所以以上管道均應(yīng)增加電伴熱、保溫及自動溫控箱。溫控箱設(shè)定點(diǎn)宜設(shè)置在室外溫度低至3℃時自動送電運(yùn)行。

4）冷卻水系統(tǒng)有補(bǔ)熱功能。

冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)熱功能可以通過使用市政供暖熱源經(jīng)過板換實(shí)現(xiàn)，也可以通過自備小鍋爐或者管道上直接增加電加熱單元等方法實(shí)現(xiàn)。

這樣做首先可以實(shí)現(xiàn)工程冬季竣工、無負(fù)荷狀態(tài)下管道沖洗、設(shè)備調(diào)試期間防止水凍結(jié)的功能；其次可以提高冷卻水水溫實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷下冬季冷卻水防凍的功能。

1.2 運(yùn)行管理需采取的措施與方案

1）充分評估現(xiàn)有熱負(fù)荷，使之與閉式冷卻塔換熱盤管模塊相匹配，多余的備用模塊進(jìn)行泄水操作。

負(fù)荷與流量最低要求。在低溫季節(jié)到來前，需對數(shù)據(jù)中心內(nèi)負(fù)荷進(jìn)行計算：可以根據(jù)設(shè)計手冊進(jìn)行理論計算之后根據(jù)實(shí)際用電量、機(jī)柜使用率等實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核調(diào)整，得到最真實(shí)的負(fù)荷值。此負(fù)荷為冷卻水的熱源，確保冷卻水在循環(huán)過程中不凍結(jié)。

根據(jù)某品牌閉式冷卻塔廠家數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷不低于單模塊銘牌散熱量的5%，流量不低于銘牌循環(huán)水量80%、管內(nèi)最小水流速不小于0.5m/s時，冷卻水在換熱盤管內(nèi)不會凍結(jié)。

考慮運(yùn)行安全因素決定運(yùn)行單元。因數(shù)據(jù)中心安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求，需要盡量保證2N個或N+1個完整的制冷單元同時運(yùn)行達(dá)到基本的備份要求，防止因設(shè)備故障造成的運(yùn)行生產(chǎn)事故。

備用設(shè)備的泄水作業(yè)。根據(jù)負(fù)荷評估結(jié)果結(jié)合運(yùn)行安全需求，確定需要運(yùn)行的冷卻塔模塊數(shù)量，對不使用的冷卻塔模塊進(jìn)行泄水作業(yè)，防止凍結(jié)。

2）檢查電加熱、電伴熱系統(tǒng)狀態(tài)。

在入冬前需要檢查輔熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)相關(guān)管道電伴熱等是否正常。

3）對冷卻塔進(jìn)行必要的改造。

使用橡塑保溫對冷卻塔四壁進(jìn)行包裹，在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口使用橡塑板、塑料薄膜或棉門簾做成可開啟可調(diào)節(jié)風(fēng)口。

4）運(yùn)行過程中嚴(yán)格控制冷卻水水溫、循環(huán)水量。

運(yùn)行過程中嚴(yán)格監(jiān)控水流量不低于單模塊的80%，監(jiān)測冷卻塔出水溫度不低于5℃，低于此值啟動應(yīng)急預(yù)案。為達(dá)到此目標(biāo)可以進(jìn)行以下作業(yè)。

適度提高冷卻水水溫。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，在運(yùn)行過程中，適當(dāng)降低精密空調(diào)設(shè)定值，并增加空調(diào)開啟的臺數(shù)在供冷量不變時會提高冷卻水溫度。如果將冷卻水溫度由設(shè)計值12℃提升至14℃，在不過分影響安全運(yùn)行的情況下，可以大大提高冷卻水防止凍結(jié)的能力，同時還延長了自然冷卻模式運(yùn)行的時間。

閉式冷卻塔作為干式冷卻器使用。在低負(fù)荷狀態(tài)下，換熱盤管優(yōu)先在干式狀態(tài)下運(yùn)行，不開啟噴淋系統(tǒng)，只通過風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)節(jié)冷卻塔通風(fēng)量，依靠干冷器原理進(jìn)行散熱，可以有效減少散熱量，確保冷卻水不凍結(jié)。

噴淋泵進(jìn)行點(diǎn)噴觀察。當(dāng)通風(fēng)量達(dá)到最大，水溫仍持續(xù)升高時，噴淋泵投用。投用過程可以點(diǎn)動噴淋泵，立刻停止，防止冷卻水水溫驟降。同時調(diào)整通風(fēng)量，加大噴淋量，使散熱量與負(fù)荷平衡，達(dá)到出水水溫恒定。

5）檢查BA系統(tǒng)的報警功能。

使用低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)方案前，冷卻水溫低溫報警、高溫報警、流量報警應(yīng)該進(jìn)行檢查，并根據(jù)冬季運(yùn)行方案進(jìn)行報警值修訂。

#2未采用乙二醇溶液作為防凍劑的說明

在有些冬季把冷塔作為冷源的制冷系統(tǒng)中，運(yùn)維人員為了防凍會在冷卻水系統(tǒng)中加入乙二醇作為防凍劑使用。但是在閉式冷塔+室內(nèi)精密空調(diào)機(jī)（無板換）的運(yùn)行系統(tǒng)中，未能采用，主要有以下因素進(jìn)行考慮：

1）乙二醇溶液比熱容比水低，載冷量低，會造成冷卻塔、精密空調(diào)機(jī)等換熱設(shè)備的降效。

2）乙二醇溶液有一定的腐蝕性，室內(nèi)精密空調(diào)機(jī)表冷器盤管壁較薄，會降低其使用壽命。

3）乙二醇溶液有一定滲透性，對于由絲扣連接的精密空調(diào)機(jī)進(jìn)出水口增加了滲漏的隱患。

4）冷凍水和冷卻水系統(tǒng)連通后，系統(tǒng)水量大大增加，需要添加的乙二醇劑量也大大增加，成本過大。

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