闭式冷却塔在数据机房空调系统中的应用分析

2021-08-14魏齐美

科学与信息化 2021年21期

魏齐美

安徽电信规划设计有限责任公司安徽合肥 230031

引言

在数据机房空调系统运行的过程中为了能够更好地保证数据处理的安全性、稳定性，专用空调系统被人们广泛地应用到风冷型机房中。同时，在现代移动通信技术的支持下，数据机房的集成度水平不断提高，与此相关的机房内部空调系统风冷型冷凝器散热效果降低，使得数据机房空调冷凝温度较高、能耗消耗较大，在运行管理不恰当的情况下还会出现服务器宕机的现象，最终导致数据信息丢失。将闭式冷却塔应用到数据机房空调系统建设中能够协调好机房空调系统内部资源消耗，从而有效防止数据信息丢失。

1 数据机房空调系统现状

机房中的电子设备对周围的温度、湿度有着较高的要求，一般情况下，夏季时对数据机房内部温度要求是在22±2℃；冬季时对数据机房内部温度的要求是20±2℃。数据机房内部的相对湿度要求在45%到65%。数据机房的空气洁净度要求：每升空气中颗粒直径不超过0.5um，数量不小于18000个，每小时的换气次数不低于30次。数据机房空调系统如图1所示。

图1 数据机房空调系统

伴随数据机房内部数据设备集成度的提升，数据机房设置出现了过度密集的问题，在设备布置过度密集的情况下容易出现散热条件骤降的情况，由此产生的冷凝温度也会提升，无形中加大了压缩机排气压力和高压报警的复位能力，最终会加大数据机房空调系统的能源消耗，在风冷冷凝器风叶转动速度增大的情况下会使得机房室内的噪音超过规范的标准，最终导致空调系统出现运行问题。

文章以某通信机房为研究对象分析现有空调系统的设计和运行情况。从实际运行情况来看，数据机房大楼的楼层为16层，房屋建筑物的高度为90m，机房的建筑面积为3200m2。柜机数量为650台。空调系统的风冷冷凝器为62台，布置在机房室外平台上，在运行的时候会承担机房柜机的散热负荷。机房空调系统在运行的过程中会遇到以下几个方面的问题：第一，室外机房的布置比较密集，散热条件较差，系统的冷凝温度比较高，压缩机的排气压力较高。整个系统的高压报警比较频繁，且实施操作的时候复位比较困难。第二，冷凝温度比较高。在冷凝温度较高的情况下会使得空调系统的能源消耗比较高。第三，冷凝温度较高，空调效率较低。整个空调系统的风冷冷凝器风叶会呈现出高速度的转动，最终使得机房噪音超过规范的标准，最终严重影响了房屋建筑楼群和周围居民和生活[1]。

衡量空调节能性能高低重要指标=理论制冷量/理论耗功量=蒸发温度（冷凝温度–蒸发温度）。从整个公式的反应来看，理论制冷系数高低深受蒸发温度和冷凝温度的影响。在蒸发温度达到一定数值的时候通过降低冷凝温度数值就能够有效提升理论意义上的制冷系数。也就是说空调在同时获取冷量的时候就能够减少压缩机的耗电量，空调系统就能够达到节能的效果。

2 数据机房空调系统的改造

理论层面上的制冷系数能够精准地衡量空调性能优劣，空调制冷系统单位内耗能量范围内所获得的制冷量=理论制冷系数/理论耗费功量=蒸发温度（冷凝温度–蒸发温度）。如果按照这样的计算方式我们会发现，冷凝温度、蒸发温度都是决定理论制冷系数的关键因素，由此得出空调在获得冷量的同时压缩机内部的能耗量降低，由此实现空调系统的节能发展。在夏天的时候，室外温度比较高，冷凝器的温度最高会达到50℃以上，基于冷凝器温度对数据机房空调系统散热的影响，在室外温度较高的时候，数据机房内部的空调能耗就会极大，最终不利于数据机房空调系统的运行发展。为了防止数据机房空调系统运行的不良现象的出现，可以将以往的风冷系统改造为以冷却水为基本冷却机制的水冷系统，并将水冷系统的冷凝温度设置在40℃以下[2]。

3 水冷改造的基本原理分析

水冷型机房空调内部的冷却介质是冷却水，一般情况下，冷却水的温度比较低，在42℃左右，为此，在夏季制取同样的冷量，水冷型空调系统产生的能耗要比风冷型空调系统的能耗低，可以看出，改变冷却介质的方式是空调系统降低能耗、提升运行速率的重要方式。

水冷型空调系统改造主要是指将风冷冷凝器改造为水冷的模式，即在风冷冷凝器上串联一个水冷室外机换热设备，通过该设备将之前的风冷热量排放系统转入到冷却循环水系统中。在实施水冷改造操作的时候会在水冷系统内部设置一个包含冷却水循环泵的冷却塔，在这个冷却塔的作用下能够将机房内部热量通过冷却水循环系统排放到大气中，为机房空调系统的运行减压[3]。

4 闭式冷却塔在数据机房空调系统中的应用

闭式冷却塔的基本构造包括循环水泵、塔壳、喷淋水池、挡水管、冷却盘等，在闭式冷却塔运行的时候热量会通过过载介质进入到塔内的盘管中，冷却塔内部的喷淋水系统形成的喷洒水墨会吸收这其中的一部分热量，通过热量的吸收来降低介质的温度。挡水板上的抽风机会将抽取出来的服务器、存储等设备的热量转换为蒸汽，进而达到理想化的冷却效果。闭式冷却塔的基本构造如图2所示。

图2 闭式冷却塔的基本构造图

4.1 闭式冷却塔在风机和循环泵自动切换系统中的应用

闭式冷却塔的设计能够有效提升整个数据机房空调系统的散热率，并在这个过程中实现对一些资源、能源的重复利用，但是从实际运行发展情况来看，整个系统在运行的时候需要人工辅助进行操作控制，特别是在循环泵出现系统故障的时候会无形中消耗比较多的能源和机房空调系统的运行成本。

将闭式冷却塔应用到风冷、水冷自动切换风机和循环泵系统中能够有效解决上述问题。在风冷、水冷自动切换风机和循环泵系统运行的时候，如果水冷循环泵出现了问题，系统会自动报警并及时切换到空调风冷循环系统状态，可继续满足整个数据机房的散热要求[4]。

不仅如此，闭式冷却塔在风冷、水冷自动切换风机和循环泵系统中还能借助空调风机的温度监控系统来更好的收集温度信号，根据实时性的冷却介质温度反馈机制来自动调节风机的运行情况，由此在最大限度上降低机房内部的噪音指数。

4.2 闭式冷却塔在数据机房空调系统中的设计计算

在对风冷系统冷凝器开展水冷改造的时候，一般需要在冷却水系统终端设置五个闭式冷却塔和三台冷却水循环泵，在特殊情况下还需要配备与之配套的定压补水装置和供水设备。数据机房空调系统中的闭式冷却塔循环水泵需要按照机房内部空调系统的装机容量来进行设置。

按照数据机房空调系统的设计要求，整个系统的冷却能力设定为2000kW，冷却水的温度在35℃左右。基于这样的要求，数据机房空调系统中闭式冷却塔的各个元件要尽可能的不和外界接触，只有这样才会减少冷却器内部的污垢，提升闭式冷却塔的换热效率，实现数据机房空调系统的节能建设。

4.3 闭式冷却塔在数据机房空调系统中的节能分析

在经过一系列的改造分析之后，机房空调系统每年能够节省的电流资源总量达到了300kW以上。闭式冷却塔能够实现冷却水闭路循环处理，水质为软化水，在软化水的作用下能够保证冷凝器出现污垢，且冷凝器的换热效率也会大幅度的提升。机组自身携带的二次喷淋循环水泵组和淋水机构外观干净、整洁，在负荷降低的时候，机组会由自动控制系统来调节风机的变频，最终实现系统节能[5]。