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騰訊數據中心機柜水冷系統(tǒng):一次泵VS二次泵系統(tǒng)

發(fā)布時間:2019-09-23

數據中心機柜空調系統(tǒng)的主要能耗點在于冷水機組和配套的水泵系統(tǒng)的運行,其中,水泵的耗電量約占總空調系統(tǒng)耗電量的20-30%,故節(jié)約低負載時水系統(tǒng)的輸送能量,意義重大。

 

目前,騰訊自建或合建的數據中心中,一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)均有應用經驗。但兩種系統(tǒng)到底孰優(yōu)孰劣,本文將對此進行一番探討,僅供參考。

 

1.數據中心一次泵定流量系統(tǒng)

 

一次泵定流量系統(tǒng)的原理如圖1所示,這種系統(tǒng)簡單、投資低,適用于中小型工程。

 

圖1     一次泵定流量系統(tǒng)簡圖

 

圖1所示的空調系統(tǒng)冷凍水流量固定不變,當系統(tǒng)的實際負載低于設計負載時,冷凍水供回水溫差將小于設計溫差。系統(tǒng)在低溫差、大流量的情況下工作,不僅會降低末端空調換熱效率,也會增加管路系統(tǒng)的能量損失。 

 

2.水冷數據中心一次泵變流量系統(tǒng)

 

隨著制冷技術的發(fā)展,現在的制冷機組都允許冷水量有較大的變化,因此,變流量冷水機組的使用得到推廣。一次泵變流量系統(tǒng)即是采用可變流量的冷水機組、末端設備、變頻水泵等組成的空調系統(tǒng)(如圖2所示)。

 

圖2     一次泵變流量系統(tǒng)簡圖

 

 

圖3    一次泵變流量系統(tǒng)的旁通管路及平衡閥

 

對于一次泵變流量系統(tǒng),當末端設備的冷凍水流量隨負荷改變時,其兩端的壓差也在隨之改變,一次水泵的變頻器根據最不利的壓差信號,改變水泵的轉速,從而改變系統(tǒng)的水流量以滿足末端設備的要求。

 

因此,一次變頻泵能隨著負荷的減少而降低轉速,從而減少系統(tǒng)的供水量。已知在管路系統(tǒng)固定不變的前提下,變頻水泵的效率特性和水系統(tǒng)的阻力特性接近,理論上水泵的能耗與流量成三次方的關系,故變流量系統(tǒng)節(jié)能降耗潛力明顯。

 

在數據中心采用的一次泵變流量系統(tǒng)中,當冷機因故障停機時, UPS帶動一次變頻泵向機房供冷,但需克服冷水機組阻力,因此對應的UPS的容量要求也較二次泵系統(tǒng)大。

 

3.數據中心機柜二次泵變流量系統(tǒng)

 

二次泵變流量系統(tǒng)是在冷水機組蒸發(fā)側流量恒定前提下,把傳統(tǒng)的一次泵分解為兩級,形成一次環(huán)路和二次環(huán)路,其特點是減少了冷水制備與冷水輸送之間的相互干涉。

 

 

圖4     一次泵定流量、二次泵變流量系統(tǒng)簡圖


如圖4所示,一次環(huán)路由冷水機組、一次定頻泵,供回水管路和旁通管路組成,主要負責冷水制備,并按定流量運行。一次定頻泵主要用來克服冷水機組蒸發(fā)器和一次環(huán)路的流動阻力,即自蒸發(fā)器出口到旁通管路再到蒸發(fā)器入口的阻力。

 

二次環(huán)路由二次變頻泵、空調末端設備、供回水管路和旁通管組成,負責冷水輸送,按變流量運行。

 

二次泵用來克服從旁通管路的蒸發(fā)器側到末端設備再到用戶側的水環(huán)路阻力,可以根據該環(huán)路負荷變化進行獨立控制、變頻調節(jié)。

 

二次變頻泵的流量與揚程可以根據各個環(huán)路的負荷特性分別配置,如對于阻力較小的環(huán)路,就可以降低二次變頻泵的設置揚程。因此,二次泵變流量系統(tǒng)比較適合系統(tǒng)大、各環(huán)路空調負荷特性相差較大或阻力相差懸殊的情況(如高層建筑和遠距離輸送系統(tǒng))。 

 

 

 

圖5    某二次水泵及管路系統(tǒng)

 

在數據中心的空調系統(tǒng)中,二次變頻泵不經過冷水機組直接與UPS和蓄冷罐連接,從而減少了冷量輸送管路系統(tǒng)的阻力,加上本身的功率較小,因此對應的UPS容量要求比一次泵變流量系統(tǒng)小很多。

 

當冷機因停電或故障不能啟動時,UPS帶動二次變頻泵將蓄冷罐的冷量送到各個空調末端,保障了冷機停機期間冷量的供應。 

 

4.數據中心水冷系統(tǒng)結論

 

兩種系統(tǒng)一覽表詳見下圖:

 

 

圖6    一次泵VS二次泵一覽表

 

“ 

目前,騰訊自建及合建數據中心對一次泵變流量系統(tǒng)和二次泵變流量系統(tǒng)均有應用。在數據中心的應用中,兩種系統(tǒng)均有各自的特點。因此,在數據中心建設規(guī)劃時,應根據實際情況(如樓高、節(jié)能要求和輸送距離等)選擇恰當的水泵系統(tǒng),以達到節(jié)能優(yōu)化和安全運營之間的平衡。


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