本文分析了 冷卻塔供冷的關(guān)鍵因素，如熱工曲線、濕球溫度、工況切換點(diǎn)等，得出以下結(jié)論，為數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
冷卻塔供冷按冬季工況選取，夏季校核，結(jié)合夏季工況靈活配置；
冬季供冷以小于冷卻塔的額定流量來獲取較低出水溫度，延長冷卻塔供冷時間；
冷卻水泵應(yīng)設(shè)變頻，適應(yīng)管網(wǎng)特性曲線變化等設(shè)計(jì)方法。
01 冷卻塔供冷冷卻塔供冷分直接供冷與間接供冷兩種，由于直接供冷需室外冷卻水直接進(jìn)入空調(diào)末端，水質(zhì)不佳時易引起末端堵塞，而影響系統(tǒng)運(yùn)行，工程中大多數(shù)采用間接供冷系統(tǒng)（開式冷卻塔+板式換熱器），即與冷水機(jī)組并聯(lián)或串聯(lián)一臺板式換熱器。 冷水機(jī)組與板式換熱器并聯(lián)，濕球溫度達(dá)到一定值時，由板式換熱器提供全部冷量 ，關(guān)閉冷水機(jī)組，使冷卻水和冷凍水分別進(jìn)入板式換熱器，冷卻塔做為冷源，達(dá)到自然冷卻，但并聯(lián)形式不能采用部分自然冷卻； 冷水機(jī)組與板式換熱器串聯(lián)，冷水串聯(lián)經(jīng)過板式換熱器與冷水機(jī)組，過渡季節(jié)用冷卻塔出水先預(yù)冷冷水回水，再進(jìn)入冷水機(jī)組制冷 ，減小主機(jī)能耗，得到可觀的部分自然冷卻時間，僅額外增加水在板式換熱器內(nèi)的輸送能耗。為充分利用部分自然冷卻，北方地區(qū)數(shù)據(jù)中心往往選擇冷水機(jī)組與板式換熱器串聯(lián)這種組合形式，見圖1，本文討論也是基于這個系統(tǒng)。
圖1 冷卻塔供冷系統(tǒng)原理圖
02 負(fù)荷側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 冷負(fù)荷
數(shù)據(jù)中心主要由服務(wù)器、UPS等散熱轉(zhuǎn)化而成的顯熱負(fù)荷，幾乎沒有潛熱負(fù)荷，冬夏季冷負(fù)荷相差不大，冷卻水流量大致在80%~99%內(nèi)變化；末端干工況運(yùn)行，冷負(fù)荷按顯熱負(fù)荷考慮。
2.2 冷水供水溫度
數(shù)據(jù)中心考慮采用溫濕度獨(dú)立控制方案，由高溫冷水處理顯熱負(fù)荷，新風(fēng)進(jìn)行獨(dú)立的加濕或除濕。冷水供水溫度取值，直接受機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度取值的影響。
ASHARE推薦的機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度宜取20~25℃，允許范圍是18~27℃。考慮到空氣-水換熱器空氣側(cè)阻力降的影響， 送風(fēng)溫度與冷水供水溫差取8℃ ，可有多種供水溫度與送風(fēng)溫度組合，常用的有送風(fēng)溫度20 ℃，冷水供回水溫度為12/18℃；送風(fēng)溫度23℃，冷水供回水溫度為15/21℃。
當(dāng)然送風(fēng)溫度還可進(jìn)一步提高，負(fù)荷側(cè)供水溫度也隨之升高，冷水機(jī)組能效提高，在冷卻塔供冷時，冷卻塔出水溫度相應(yīng)升高。
03 冷源側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 冷卻塔選型
冷卻塔的冷卻能力是冷卻塔供冷的核心 ，冬季冷卻塔的冷卻能力急劇下降，即在相同的冷卻水供回水溫差與流量條件下，冷卻塔在冬季比夏季更難于散熱。 若要獲得與夏季相同的換熱量和水溫降，必須加大冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的差值，靠顯熱交換獲得冷卻量。
由于數(shù)據(jù)中心基本是常年穩(wěn)定的冷負(fù)荷，按夏季工況選擇的冷卻塔在冬季用作自然冷卻時，要求其提供的冷卻量要基本不變，因此， 數(shù)據(jù)中心采用冷卻塔供冷時， 為了更好節(jié)能，應(yīng)盡量延長自然冷卻時間， 通常按冬季自然冷卻工況選型，并對夏季端濕球溫度進(jìn)行校核 ，以滿足數(shù)據(jù)中心可靠性的要求。
一般情況下，北方地區(qū)按冬季工況選型的冷卻塔都能滿足夏季工況，塔型結(jié)合夏季工況靈活配置。
通過冷卻塔冷卻特性的模擬計(jì)算，獲得了冷源水供水溫度 （即冷卻塔出水溫度） 、供回水溫差以及不同流量比（實(shí)際流量與額定流量之比）下的室外濕球溫度值，如圖2、3所示。
冷卻塔逼近度 （即送風(fēng)溫度與冷水供水溫度差） 越小，冷卻效果越好 ，但過分追求小的逼近度，塔體成分和外形尺寸將會加大，權(quán)衡考慮，數(shù)據(jù)中心工程中冷卻塔夏季選型一般取3℃，按此選擇冷卻塔，在大多數(shù)時間運(yùn)行中容量富余。顯然，逼近度不是一個定值，而是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體項(xiàng)目確定。
圖2 流量比99%時冷卻塔供冷熱工曲線
圖3 流量比85%時冷卻塔供冷熱工曲線
根據(jù)圖2，當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到1℃時，如果流量不變且仍要求5℃溫降，則冷源側(cè)供水溫度達(dá)10.5℃，逼近度為9.5℃，板式換熱器換熱溫差取1.5℃，負(fù)荷側(cè)冷水供水溫度將達(dá)到12℃。
由圖3，其他條件不變，冷卻水量變?yōu)?5%，在室外濕球溫度1℃時，冷卻塔出水溫度可達(dá)到9.5℃。 若想獲得較低的冷源側(cè)供水溫度，則可通過減少冷卻水量或減小冷卻水進(jìn)出水溫差來實(shí)現(xiàn)。
由于在水系統(tǒng)中，水泵能耗約占主機(jī)能耗15%~20%左右，遠(yuǎn)小于主機(jī)能耗，應(yīng)盡量將自然冷卻做為主要節(jié)能環(huán)節(jié)，適當(dāng)考慮水泵輸送功率和率運(yùn)行等問題，在使用要求的提下， 盡量提高冷水供水溫度和冷源側(cè)供水溫度 ， 延長自然冷卻時間 。
冷卻水供回水溫差Δt c 越小，可以在更高室外濕球溫度下使用，獲得更多的自然冷卻時間；冷卻水供回水溫差Δt c 也不宜過小，考慮到數(shù)據(jù)中心冬夏負(fù)荷變化不大，冷卻塔水量可減小到其額定水量的 80% ，數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目冷卻水供回水溫差一般不宜小于 4℃ 。
3.2 工況轉(zhuǎn)換 點(diǎn)
工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)的選擇，直接關(guān)系到整個供冷系統(tǒng)的供冷時數(shù)。 根據(jù)某品牌逆流冷卻塔數(shù)據(jù)擬合，得出濕球溫度與逼近度的數(shù)學(xué)關(guān)系式，及冷卻塔出水溫度與室外濕球溫度的關(guān)系式tc1=0.81tw+9.33。冷水供水溫
原創(chuàng)作者：江蘇良一冷卻設(shè)備有限公司
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