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1、数据中心应用风冷型系统和冷冻水型系统之比较与剖析一、本课题研究范围本研究的范围是5000平米（地板面积）机房中所采纳的机房专用空调系统部分。总IT设施负荷按为4500千瓦规划。二、详细剖析方法考虑到该问题的复杂性，针对本项目的负荷规模，综合剖析比较目前常用的两种机房 专用空调系统即：风冷型机房专用空调系统和冷冻水型机房专用空调系统。我们从以下十 个方面剖析比较两种系统：1、靠谱性；2、漏水隐患；3、能效比；4、可扩容性；5、分 期建设与灵巧性；6、对建筑的外面条件要求；7、投资；8、保护管理；9、系统的适应性; 10、对设计的要求。2.1风冷冷却方式的综合剖析典型风冷冷却系统机房专用空调系统图
2、以下：该系统由空调室外机组和空调室内机组 两部分构成。沙21图一：典型风冷型机房专用空调系统图对典型风冷型机房专用空调系统的十个方面剖析以下：2.1.1靠谱性：风冷冷却方式的主要构成就是风冷室内机、风冷室外冷凝器，其路由为 独立的冷媒管路连结，从物理连结的角度看（不考虑主备机切换、能效管理等逻辑控制与 连结），系统完整独立，随意机组路由的故障不会影响其余机组，所以从系统的角度看，没有任何影响系统运转的单点故障。2.1.2漏水隐患：风冷冷却方式因仅有加湿水管部分进入机房，相对漏水隐患较小。降 低该系统漏水隐患的主要举措有：（1）假如排水管路泄露，机组在探测到漏水后，自动关 闭进水管路，清除进一步
3、漏水的可能；（2）假如进水管路泄露，监控系统将立刻告警。即 使不考虑设计有自动封闭进水阀的装置，在值班人员到达现场封闭进水阀以前，因单个机 房进水量小（每小时供水量小于100升），不会对机房造成大的危害。假如设计有适合高 度的拦水坝和排水孔，漏水造成对机房的隐患将完全清除。2.1.3能效比：风冷冷却方式单机系统的能效比较高，从冷却的角度看，主要能耗产生 于压缩机、室内风机、风冷室外冷凝器。此方式能效比稳固，目前业界常用的风冷方式能 效比约为2.7-3.1o如考虑利用自然冷源，可进一步提升能效比，比如制冷剂泵循环模式， 冬天时可停止压缩机运转，经过制冷剂泵实现制冷循环，能效比将高达6.5以上，按
4、此计 算，北京地域整年能效比（在正在订正的GB19413计算机和数据办理机房用单元式空气 调理机中规定：整年能效比（AEER） annualenergyefficiencyratio：机房空调进行整年制 冷时从室内除掉的热量总和与耗费的电量总和之比）将高达3.5以上。2.1.4可扩容性：风冷冷却方式因为系统独立，路由独立，规划简单，所以几乎不受限 制，只需要提早预留室内外机组的地点以及路由管井等，不需要提早对整体管路进行设计， 扩容特别简单只需留出适合的扩容空间即可。2.1.5分期建设与灵巧性：风冷冷却方式特别灵巧，能够特别简易地分期建设。以此项 目为例，关于多个小面积机房而言，完整能够以场所
5、为单位，进行分期建设，在每一步建 设中，再充足考虑风冷室外冷凝器场所以及冷媒路由的前提下，不需要额外考虑其余分区 的建设。2.1.6对建筑外面条件的要求：风冷冷却方式的问题存在与风冷室外冷凝器占地要求较 大，但假如提早规划有面积足够大的屋顶搁置冷凝器，或在机房每层建设有冷凝器平台， 这个问题将得以解决。依照本项目规模，如采纳惯例产品室外冷凝器的占用面积约为600 平米。2.1.7投资：关于本项目的负荷需求而言，如采纳风冷冷却方式系统大概需要45-55 套100千瓦机组总投资约为1500万，包含风冷空调室内外机以及安装花费，并能够分期 投资，分期实行。2.1.8保护管理：风冷冷却方式系统简单，无
6、共用管路等，故障种类明确，机组之间互 无影响，保护要求低，对保护人员的要求也较低，仅需要少许的保护人员。2.1.9系统适应性：风冷冷却方式对室内外及距禺有限制，系统管路长度有必定限制, 一般标称要求室内外机单程总长度在60米以内，冷量损失可忽视不计，目前国内最长案 例为单程120米。此外，对室内外机高度差也有要求，一般标称要求风冷室外冷凝器可高 出室内机20米以内，冷量损失可忽视不计，目前国内最长事例为35米；一般标称要求风 冷室外冷凝器可低于室内机9米以内，冷量损失可忽视不计，目前国内最长事例为15米。2.1.10对设计的要求：因系统清楚、明确，属于成熟设计范围，所以设计相对简单, 安全。综
7、合说明：风冷冷却方式简单，靠谱，在能效、可扩容性等方面拥有不行比较的优 势，所以最为常用。国内近似的中大型机房采纳风冷系统的事例特别多。2.2、冷冻水冷却方式的综合剖析典型的冷冻水系统机房专用空调的系统构造以下:图二：冷冻水系统机房专用空调系统图该系统由：室内冷冻水机房空调、冷冻水供回水管路、冷冻水水泵、冷冻水机组、冷却水塔、冷却水供回水管路、冷却水泵等部分构成。对典型的冷冻水机房专用空调系统的十个方面剖析以下：2.2.1靠谱性：假如将冷冻主机部分设计为单机系统，或管路系统设计为单管路，将存 在严重的单点瓶颈，一旦冷冻主机故障或管路故障，整个系统将瘫痪，所以假如该系统采 用冷冻水冷却方式，一定
8、采纳主机备份和双管路系统来解决，要求冷冻主机系统、冷却水 系统、泵系统采纳N+X备份，保证随意系统发生故障，整个系统正常供给冷冻水。如项目 采纳冷冻水主设施冗余、管路系统采纳双环管网等设计，在随意管路或主器件出现问题， 还能不影响绝大多半的机组运转。2.2.2漏水隐患：冷冻水冷却方式隐患较大，问题在大型冷冻水管进入机房，就存在水 浸机房的风险，一旦进入机房的主管路发生问题，因为水量大，很难经过防水坝以及排水 孔清除漏水。这就需要设计有漏水报警与联动系统（比如在发生漏水时，立刻判断并自动 封闭相应段的水阀），并需要在系统运转的每个月进行检查，防止出现即便漏水告警系统 发出信号，但电动水阀也没法封
9、闭的问题。若主管路发生漏水将带来灾害性影响。2.2.3能效比：冷冻水冷却方式中，大型冷冻主机的压缩机能效比高于机房空调压缩机, 可是整个冷冻水的耗电包含压缩机、冷冻水泵、冷却水系统、尾端冷冻水机组的总耗电， 这样，针对整个空调系统的能效比约在2.53.5。而综合效率取决于冷冻主机的效率，总 冷量为4500KW的系统冷冻水主机能效比取国标二级能效5.6，按5000平方米机房计算， 并考虑冷冻主机水泵冷却塔能无极调理变频时，总能效比显示出优势。自然，能够设计在 冬天利用自然冷源，进一步提升整年能效比。比如应用风冷直接蒸发式冷却塔，优势是冬天节能显然，弊端是价钱较高，夏天使用 效率较低。此外，假如设
10、计为相对高的出入水温度，比如：不是设计为传统的7C进水， 12C回水（此时制冷终端冷冻水机房专用空调的显热比在80%左右），而是设计为10C 进水，16C回水，将提升制冷终端冷冻水机房专用空调的显热比，甚至达到100%，这样， 将减少因低显热比的除湿与加湿能耗，进一步实现节能，但代价是将设计有更多半量的制 冷终端冷冻水机房专用空调，这类方法已经在国内最新的一些项目中应用。2.2.4可扩容性：冷冻水冷却方式的管路系统和主机系统，都需要提早规划设计，比如 不然后期扩容难度大。冷冻主机系统可按N+X方式逐个设计，但管路系统没法逐个设计， 一定依据终期容量进行一致设计，不然后期没法改正，这样就会带来好
11、多问题，比如：前 期管路设计与冷冻主机设计很难般配运转的问题等，同时也会影响先期运转的效率。所以 需要在设计中充足考虑。2.2.5分期建设与灵巧性：冷冻水冷却方式的主管路系统需要提早安装到位，制冷主机 可分期实行，尾端管路系统因主管系统限制，调整余地少，水道均衡和相互扰乱大，所以 对设计要求很高，分期建设难度很大，很难在不一样建设期间保证系统都运转在最正确状态。2.2.6对建筑外面条件的要求：这一点是冷冻水冷却方式的优势，其冷冻主机和冷却塔 能够集中部署，占地面积少。但不足在于，假如冷冻主机系统或其冷却塔设计在屋面，则 对承重要求高。如设计在地下室，需要进行好降噪工作等。本项目规模下冷冻水主机
12、一般 设计在地下室，按2+1备份，2600kW/台考虑，并考虑配电、泵、控制装置、水办理装置、 管路，需要约300400平方米。冷却塔一般设计在楼顶或户外处面，选择按3台2+1备 份考虑，占地约100平方米。2.2.7投资：针对5000平米机房，与风冷冷却方式比较，冷冻水冷却方式投资较高。 包含冷冻主机、冷却塔、管路、尾端冷冻水机房专用空调等系统，应设计有冷冻主机水泵 冷却塔能无极调理变频系统等，此外北京地域一定考虑冷却水防冻问题，所以将进一步增 加成本。如为高可用性要求机房，为考虑安全性，设计为双盘管冷冻水系统，也就是说冷 冻水机房专用空调同时设计有两套盘管，并有两路进水、两路排水，正常运转
13、时一路供回 水系统和一套盘管工作，另一路处于备用，随意路系统没法正常供水，系统将自动切换到 另一套盘管。此方案将进一步保障系统的安全性，但同时也将增添投资。2.2.8可保护管理：冷冻水冷却方式需要高水平的运转与保护队伍，需要不时检测水管 路系统的压力、水温，检查冷冻主机、冷却塔、泵的运转状态，实验重点电动水阀以及漏 水检测元件的有效性，所以一定建设有高水平的运转保护队伍，对人员素质要求较高，投 入运维方面的人员开销等远高于风冷系统。2.2.9系统的适应性：冷冻水冷却方式适应管路较长（水泵扬程范围内）。目前国内选 择冷冻水冷却方案，一般有两种状况：状况一：应用冷冻水空调的投资利润率适合的超大 机
14、房；状况二、没法设计风冷室外冷凝器场所的机房。2.2.10对设计的要求：如为高可用性要求，一定考虑冷冻主机的备份问题、双管路设 计、双盘管冷冻水空调尾端设计，冷冻主机水泵冷却塔能无极调理变频设计等，重点设计 包含可点水压的均衡性，尾端水流量、压降的合理性等等，所以对设计的要求特别高。综 合说明：长处（适合管路长，高度，建筑外立面考虑雅观）与弊端都特别显然，系统的高 效性与系统的可扩容性、系统的可分期实行性、系统的灵巧性形成了不行调解的矛盾。2.3风冷冷却方式与冷冻水冷却方式的系统比较表为方便对照剖析特制作下表予以比较：（表一）方式*携水*啣方武得K聲唱主.备叶和r啊泮*泄y M i；.J(L申
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