数据中心水冷空调系统高可靠性补水系统研究与实现

2022-01-10方卫东

通信电源技术 2021年13期

方卫东，陈佳，许晟

（中国联通东莞市分公司网络BG云网运营中心，广东东莞 523009）

0 引言

某运营商数据中心用地面积91.8亩，建筑总面积13.19万m2。一期建设机柜1 931个，单机柜功耗为4k W/6 kW，采取UPTIME TIER Ⅲ和TIA942 TIER3标准建设。目前已有华为、东莞证券等客户数据中心入驻，上架率约80%，因此不仅对供配电系统、网络系统等有着严格要求，同时要求空调系统不间断供冷，以保证数据中心设备运行安全性、稳定性和可靠性。本文对数据中心空调系统中补水系统可靠性进行了分析讨论和改造。

1 数据中心空调系统结构介绍

1.1 数据中心空调系统概况

某运营商数据中心一期空调系统配备了4台（3主1备）制冷量为1 100 RT格力变频离心式机组，配备有4台冷冻泵、4台冷却泵、4组冷却塔、92台末端精密空调和5台冷却冷冻水补水泵，此外还有一些全程水处理器、冷凝器在线清洗装置、自来水软化装置等。冷冻水和冷却水的主干管按1主1备冗余设计，保障空调系统安全稳定运行。该中心建有特色水蓄冷系统，执行错峰用电，节省能耗成本。

1.2 冷却水补水系统

本数据中心冷却水补水系统补水泵位于地下水泵房，整个园区地势最低位置，配置3台（2主1备）冷却水补水泵、1个空调水池和1个蓄冷池，空调水池和蓄冷池之间通过管道连接，阀门隔断[1]。当市政停水，空调水池到超低业务告警时，关闭连接空调水池侧阀门，打开连接蓄冷侧阀门，此时转换为蓄冷水池（4 130 m3）向空调系统供水（此时需停蓄放冷系统）。同时采用双路水管向天面2个40 m3水箱供水，设有快补管和慢补管，慢补管在浮球阀和天面水箱协作下自动给冷却塔补水，快补管在快速补水时开启，补水泵抽上来的水直接进入冷却塔，从而保障供水可靠性。如图1所示。

图1 冷却补水系统结构图

1.3 冷冻水补水系统

本数据中心冷冻水补水系统位于大楼一层冷冻站，自来水通过软化装置对水质进行软化，降低水中钙离子、镁离子等，减少空调管道腐蚀。软化后水进入水箱，通过2台（1主1备）冷冻补水泵向冷冻循环水系统补水。如图2所示。

图2 冷冻水补水系统结构图

2 补水系统风险性分析

2.1 冷却水补水系统风险性分析

由于冷却补水泵位于地下水泵房，水池、水管、外界暴雨都有可能导致补水泵被淹，将影响整个空调系统的安全稳定运行。运维人员验收过程发现了问题，并做了相应改造。

（1）空调水池和蓄冷水池溢流管接到水泵外，防止水池补水系统故障，自来水淹没补水泵；

（2）地下水泵房的集水池，安装2台抽水泵，当水位到达警戒线时，启动2台抽水泵对外排水，同时外接警铃到附近保安亭，当保安听到铃声时立即查看现场并通知运维人员；

（3）增加水浸绳，当警铃故障不能发现时，可通过动环报警；

（4）水泵房门口挡水坝增加20 cm;

（5）在水泵房门口现有排水管基础上，增加1条排水系统，同时在园区大门口外增加10 cm，防止马路中水流入园区（也有助于车辆进入园区减速）[2]。

采用以上多个措施来防范补水系统隐患，但未根本性解决隐患，该系统隐患始终存在。同时随着时间推移，其他隐患也暴露出来：

（1）系统虽有双路供水，但是从水泵房到IDC机楼之间这段水管是同路由；

（2）给水泵供电的电缆长期浸泡水中（下雨时）或者裸露在潮湿空调中，虽也有2路市电，也是同路由；

（3）补水泵与天面水箱距离较远，两者之间高度也有30多m，单台水泵供不上来，需开启2台水泵同时供水。当极端情况下，冷却水管爆管，供水能力严重不足。

2.2 冷冻水补水系统风险性分析

冷冻水补水泵位于IDC机房冷冻站，配备有2台（1主1备）1.1 kW冷冻水补水泵，半个多月补一次水，且补水量较小，在平常使用时完全够用，但是在冷冻水管爆管极端情况下，供水太慢，严重影响故障抢修时间[3]。

3 高可靠性补水系统研究与实现

本数据中心空调系统已投入运行近6年，空调管道有一定程度腐蚀，随时都有爆管风险，加上补水泵位于地下水泵房，存在被淹和供电中断风险，因此，十分有必要提高空调补水系统可靠性。

本方案主要解决冷冻水和冷却水在极端情况下供水不足以及冷却补水泵位于地下水泵房所带潜在风险。如图3所示，通过在一楼冷冻站增加1台2.2 kW，扬程40 mH2O，流量为10.2 m3/时，并列在冷冻补水系统中，加强补水能力；同时在表面打通冷冻补水系统和冷却补水系统，用F5阀门隔开；新增冷冻水管道，使冷冻水不经过冷冻水水箱直接进入冷冻水系统，加强补水能力[4]。