基于冷冻水系统应急制冷装置的应用实践

蒋鲸海，韩 雷，何秀强，杨 瑞

（中国移动通信集团海南有限公司，海南 海口 570000）

0 引 言

当数据中心发生供冷中断时，蓄冷罐的冷量可以向后端业务持续供冷15 min。为保障A级设备业务不中断，传统保障需在重保区域预埋轴流风扇以及冰块来降温，以满足设备环境运行需求。传统应急降温模式采取运冰、搬冰、部署冰块以及安装轴流风机的流程。该流程需要15个人员操作，至少耗费3 h，且冰块、冰水冷量较小，需要间隔1～2 h进行更换，保障范围为1～2个机柜[1,2]。2020年春节期间数据中心应急保障现场如图1所示。

图1 2020年春节期间数据中心应急保障现场

1 解决方案

1.1 方案设计

对传统空调外机进行改造，用冷冻水循环取代制冷剂循环，冷冻水由大管径的铜管进入各支路翅片管道，将冷量传导到换热翅片，最后由风机将冷量吹出，从而实现由散热空气变成制冷空气的制冷效果[3-5]。

1.1.1 冷量分析

设计思路如图2所示。

图2 设计思路

其中，冷冻水空调制冷量为

式中：Q为制冷量；C为比热容；m为水的质量；t1为初始温度；t2为末温度。

冷冻水流量计算为

式中：V为冷冻水量；Q1为制冷量；∆T1为冷冻水出入水温差值。

换热主管管内径计算公式为：

1.1.2 管材确认

通过冷冻水冷量换算分析，最终确定铜管的管内径为20 mm，冷冻水应急制冷装置回风温度为29 ℃，送风温度为21 ℃，空调回风与送风温差达到8 ℃，试验效果达到预期目标。

1.2 装置改造

该装置由空调外机、推轮、水管、继电器、传感器等器件以及相关辅材组成。首先，为适应冷冻水传输换热，利用铜管焊接技术切除原先空调外机内小管径铜管，焊接大管径铜管，改造后的大管径铜管更利于冷冻水在装置内流动，提高换热效率。装置外加装冷冻水接口，安装活动水管，方便装置从冷冻水管接入冷冻水源。为便于装置的快速部署，在该装置底部配置滚轮，一个人就可以将其部署到机房的任意位置，提升了应急响应速度。在外机外壳进行开孔，加装继电器、传感器、按钮，便于维护人员对该设备进行启停控制，降低了使用难度。设备改造过程如图3所示。

图3 设备改造过程

1.3 装置测试

模拟真实应急场景对装置的可靠性进行了测试（见图4），该装置具备一键启动、即插即用、部署快捷、操作简单等优势。同时，对该装置的制冷效果进行了验证，冷冻水温度为15 ℃的条件下，出风口温度为20 ℃，满足设计要求。

图4 装置测试

2 成果应用

本次实践已在某数据中心上应用，利用现有楼层的冷冻水资源，实现无外机、可移动、快部署以及大冷量的新型应急制冷空调，解决机房热岛问题，提升网络应急保障支撑能力。该实践已于2020年6月投入使用，已经3次紧急部署到2楼的云资源机房和4楼互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）机房等地点，解决列间空调故障后相应区域热岛的问题，有效避免事故进一步扩大影响。实践应用展示如图5所示。

图5 实践应用展示

3 效益分析

本次实践通过小改造，解决数据中心列间空调故障后相应区域热岛的问题，有效避免事故进一步扩大影响。

（1）安全效益。成果应用后，替代传统轴流风机以及冰块组合的应急降温模式，提供持续制冷功能，有效解决局部温升热点问题，保障设备的制冷运行环境，避免设备高温宕机。

（2）社会效益。数据中心IDC机房承载金融、政企、互联网等183个机柜租赁业务，一旦发生机房局部供冷中断造成业务中断，那么根据租赁合同要求，公司将赔偿6 000元/（机架·min），该系统有效降低了公司的损失。

（3）工作效益。该成果应用后，无需无外机制冷、即插即用，替代传统轴流风机+冰块的降温模式，应急保障工作由原先15人降至1人，效率提升94%。

4 结 论

本文对原有思路、方法、流程、应用方式等实施有效改进，通过对报废风冷空调外机进行改造，变废为宝，将室外机房散热功能改成制冷功能，替代传统轴流风机以及冰块组合的应急降温模式，提供持续制冷功能，有效解决数据中心集中供冷模式下的局部温升热点问题，保障设备的制冷运行环境，避免设备高温宕机。