冰蓄冷

为备用和轮换使用的可能性。冷水机组采用冗余配 置，具备不间断供冷，保证系统安全稳定运行。同一站 房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式 方案，以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一 台或几台自动化程度较高，调节性能较好，能保证部分 负荷下能高效运行的机组。
选择制冷机时应考虑其对环境的污染：一是噪音 和振动，要满足周围环境的要求；二是制冷剂对大气臭 氧层的危害程度和产生温室效应的大小，要采用 ODP （消耗臭氧潜能值）和 GWP（全球变暖潜能值）较小的 环保制冷剂。 3.2 水泵
一个数据中心的设计使用寿命一般都会在 10 年 以上，而空调系统是除 IT 设备以外最大的耗能系统， 无论是从社会责任还是企业内部的经济效益考虑，我 们都要努力打造一套长寿命、低能耗、低故障、可扩展 的数据中心空调系统。而一个好的、合理的设计方案
统主要由制冷设备和管路组成，由于传统的集中冷源 式空调系统中可能存在单点故障，而发生单点故障必 然会导致空调系统无法制冷；传统建筑可以容忍短暂 的抢修时间，但对于发热量特别大的数据中心机房， 空调系统即便仅停止工作几分钟，就会造成 IT 设备 的高温和宕机，所以冷冻水系统存在的单点故障隐患 对 数 据 中 心 威 胁 巨 大 ，必 须 尽 量 消 除 。 水 管 路 、阀 门、冷水机组、冷冻水型末端均需考虑冗余设计。由 于系统扩容相对复杂，设计之初就要考虑好管路设计 和接口预留。
3 制冷设备
集 中 冷 源 系 统 中 的 制 冷 设 备 种 类 较 多 ，最 重 要 的几种包括制冷机、水泵、冷却塔、水处理设备、蓄冷 设备等。
3.1 制冷机 数据中心制冷机的选择，应按各类制冷机的特性，
结合当地的室外气象条件、水源（包括水量、水温及水 质）、电源和热源（包括热源性质、品位高低）等情况，结 合数据中心全年供冷的特点，从初投资和运行费用进 行综合技术经济比较来选择可靠、高效、节能、合理的
（1）数据中心集中冷源空调系统通常采用开式循 环冷却水系统，具体参见图 5。
开式循环冷却水系统注意事项： ●每台冷却塔应布置在同一水平高度上。 ●每台塔的集水盘上都应装平衡管，防止水盘的 水位产生高低落差。 ●由于空气中的污染物质（如尘土、杂物、细菌、可 溶性气体等）易进入水中，使微生物大量繁殖，形成生 物淤泥、藻类等，因此每台塔的出水管上应设置过滤 器，最低点应设置排污口。 ●冷却塔的集水盘必须有足够的容积，存水量约 取循环量的 1%～3%。 （2）冷却塔的分类 ●按形状分：方形、圆形。
泵的流量。两台泵并联工作时，其流 量不能比单台泵工作时成倍增加，这 在多台泵并联时就更明显。图 4 为 5 台同型号水泵并联的工作特性曲线， 对比数据参见表 2。
由以上的分析不难得出：在总流 量一定的情况下，并联的水泵数量越 多，流量损失越大。因此，建议尽量 选择单台大流量的水泵替代多台并 联的小流量水泵，这样效率更高，初 投资更俭省。 3.3 水处理
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《电信网技术》2014 年 10 月第 10 期
数据中心集中冷源空调系统设计综述
朱洪波 阿尔西制冷工程技术（北京）有限公司数据中心事业部总经理，博士
摘 要 介绍了数据中心空调系统中集中冷源式空调系统的节能设计要点，包括冷水机组、水泵、冷 却塔、蓄冷装置、水系统管路的分类及选型。并根据不同气候条件提出了不同的制冷系统架构的建议。
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图 1 数据中心主机房流程图（仅供参考）
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《电信网技术》2014 年 10 月第 10 期
制冷机。 （1）适合数据中心的制冷机种类 电驱动的制冷机按压缩机形式分为离心式、螺杆
式、活塞式，这 3 种形式制冷机的能效由高到低的顺序 是：离心式机组、螺杆式机组、活塞式机组。各类机组 各有其特点，应用其所长。
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网络技术 水装置及电子水处理仪等。
图 4 5 台同型号水泵并联 表 2 5 台同型号水泵并联对比
《电信网技术》2014 年 10 月第 10 期
另外，水过滤也是必须重视的问题。在空调系统 实施完成后，管道中通常会存在许多杂物，如焊渣、生 料带、砂石等；安装水过滤器的目的是去除管道中的这 些杂物，保证空调系统的正常运行。水过滤器通常设 置在水泵、制冷机组、空调器等进水管上。 3.4 冷却塔系统
图 2 单式泵系统示意图
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——用户侧定流量（用户侧采用三通阀变冷水温 差调节），冷水机组侧也为定流量，一次泵为工频泵。
——用户侧变流量（用户侧采用二通阀变冷水流 量调节），冷水机组侧为定流量，一次泵为工频泵。为 了恒定供回水管的水力工况，保持机组侧冷水流量的 稳定，在分水器与集水器之间装设旁通管和压力控制 的调节阀。当用户侧流量减少，供回水压差变大，旁通 阀开度增大，反之减少。
电驱动的制冷机按冷凝器冷凝方式分为风冷机组 和水冷机组。
●风冷机组 风冷机组通过风冷冷凝器与外界空气换热，利用 风（空气）换热带走热量，产生冷水。风冷机组的优势： 节约水资源，环保；安装在室外，如屋顶，无需建造专用 机房，不占有效建筑面积；省去了冷却水系统：冷却塔、 冷却水泵、管网及其水处理设备，节省了这部分初投资 和运营费用。 ●水冷机组 水冷机组通过水冷冷凝器与冷却塔提供的冷却水 换热，利用冷却水带走热量，来产生冷水。水冷机组的 优势：应用范围广，技术成熟，造价低；夏季制冷能效 高，节能；噪音源低于风冷机组。 数据中心风冷机组或水冷机组两种形式均有选 用，冬季寒冷地区多选用带自然冷却的风冷机组，长江 流域或以南地区多选用水冷机组。根据数据中心有无 生活热水需求，还可以选用是否带热 回收装置的风冷机组或水冷机组。 数据中心选用离心式或螺杆式 两种类型机组，数据中心经常根据自 身需要同时配备离心式与螺杆式两 种类型的冷水机组。 （2）制冷机选型 数据中心选择制冷机时，要考虑 数据中心全年空调冷负荷的分布规 律，结合制冷机在满载运行和部分负 载运行时的 COP 值，合理地选择机 型、台数和调节方式，提高制冷系统 在部分负荷下的运行效率，以降低全 年总能耗。 数据中心的冷水机组一般选用 2 台以上机组，以满足 N+1～2N 的冗 余方式。冷水机组之间要考虑其互
图 5 开式循环冷却水系统
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●按通风形式分：逆流式、横流式。 ● 按 处 理 温 差 分 ：普 通 型 △ T=5℃ 、中 温 型 △ T= 8℃、高温型△T＞8℃。 数据中心多选用普通型横流式方形冷却塔。 （3）冷却塔的选用 ●循环水量的计算：qv=（1.05~1.10）qv1。其中，qv为 冷却水量（m3/h）；qv1 为机组所需的冷却水额定循环量 （m3/h）。 ●冷却水进出口温度：数据中心选普通型冷却塔 或由制造厂家进行具体的选型。 ●环境湿球温度：参照规范及实际情况，如市区比 郊区高 1℃～ 2℃；当湿球温度从 28℃提高到 29℃，冷 却塔冷却能力下降 16% ～19%，这样选型时应适当加 大型号。 ●必须满足环境允许噪音标准。 ●其他还应考虑冷却塔的漂水率、比电耗、使用寿 命、材料等参数。 （4）冷却塔的性能 ●进出水温度。 ●冷幅：冷却水出水温度与进风湿球温度之差；冷 幅越小，塔热工性能越好。 ●冷效：进出水温差与冷幅之比；冷效越大，塔热 工性能越好。 ●噪音：分为普通型、低噪音型、极低噪音型。 ●比电耗：冷却塔将 1 水处理到要求的温度风机 耗电量；国家规定普通型冷却塔在标准状态下（进出水 32℃/37℃、环境湿球温度 28℃）的比电耗应小于 0.04。 ●耗水量：水量的消耗有蒸发水量（约占循环量的 0.97%）、漂水量（占循环量的 0.1%～0.2%，带有挡板的 小于 0.01%）以及为降低电解质的排污量（约占循环量 的 0.3%）。以上 3 部分取 1.3% ～ 2%。 ●气水比：指单位时间内，冷却塔流通空气的质量 和流通冷却水质量的比值；太小，蒸发不好；太大，风机 噪音增大。 （5）冷却塔的主要结构 ●填料（散热片）：基本热交换媒介，大大增加了水 和空气的接触面积。 ●集水器：将气流中的水滴隔出，引导气流到适当 的流向，减少风机马力，降低冷却塔的总阻力。 ●布水系统：布水系统把循环水均匀地分布到填
集中冷源式空调系统架构还需要根据数据中心的 用途和设计级别来进行相应调整，目前主要参考国内 （GB50174）和国际（TIA-942）的相应标准进行，具体参 见表 1。
会大量地节省初 投资，能够采用更
表 1 TIA-942 标准与 GB50174 标准关于集中冷源式空调系统的冗余配置对比
加成熟的产品和
关键词 数据中心 集中冷源式空调系统 节能 自然冷却 部份自然冷却 全部自然冷却 冷水机 组 机房空调 水泵 冷却塔 蓄冷 水管路
1 引言
随着互联网与信息技术的发展，数据中心的数据 量和处理能力持续增长，这种增长导致数据中心的发 热密度持续增加，从而使数据中心的散热成为一个日 益突出的技术难点和重点，这也就意味着数据中心对 于空调制冷系统的依赖程度和要求逐年增高；而由于 集中冷源式空调系统总体制冷效率更高，且可以方便 采用多种可靠的节能技术（自然冷却技术等），所以越 来越多的数据中心采用了集中冷源式空调系统。
——用户侧变流量，冷水机组侧也为变流量，一次 泵为变频泵；一次泵变流量系统选择可变流量的冷水 机组，即蒸发器侧流量随用户侧流量变化而改变，从而 最大限度地降低水泵能耗。
系统特点：系统设计简单，初投资少，适用于系统 较小或各环路负荷特征或压力损失相差不大的中小型 数据中心。
●复式泵环路系统 如图 3 所示，数据中心集中冷源空调系统的冷水 机组与一次泵一一对应配置，二次泵大多采用多台泵 并联的方式。
技术来满足数据
中心寿命期内的
需要，并且可以通
过Baidu Nhomakorabea效地降低
PUE、 初 投 资
（CAPAX），来 实
现 TCO 的节省。
2 集中冷源 式空调系统
集中冷源系
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集中冷源式空调系统架构的常见形式参见图 1。
图 3 复式泵系统示意图 复式泵环路系统的一次回路包含机组、一次泵、供 回水管路、旁路管；二次回路包含用户侧末端装置、二 次泵、供回水管路、旁通管。 复式泵环路系统存在以下两类形式：
——用户侧定流量（用户侧采用三通阀变冷水温 差调节），冷水机组侧也为定流量，一次泵和二次泵均 为工频泵。
——用户侧变流量（用户侧采用二通阀变冷水流 量调节），冷水机组侧为定流量，一次泵为工频泵，二次 泵为变频泵。
（1）冷冻水泵 流量：1.05～1.1 倍机组额定流量。 扬 程 ：闭 式 循 环 ，仅 克 服 系 统 的 阻 力 损 失 ，考 虑 10%的富裕量。 数据中心冷冻水泵的循环系统按照从冷机到末端 采用一次供水，或是二次供水分为单式泵循环和复式 泵循环系统。 ●单式泵环路系统 如图 2 所示，数据中心集中冷源空调系统的单式 泵环路系统多采用冷水机组与一次泵一一对应配置方 式。一次泵环路系统存在以下 3 类形式：
系统特点：节省运行费用，初投资大，自控要求高， 占地面积大，适用于规模较大的空调系统或各用户侧 阻力相差甚大的场合，适用于大型数据中心。
（2）冷却水泵 ●流量：1.05~1.1 倍机组额定流量。 ●扬程：H = H1+ H2+ P1+ P2+ P3。 ●H：水泵计算扬程（m）。 ●H1：允许吸上高度（m）。 ●H2：冷却塔喷水压力，一般为 5m。 ●P1：机组内的阻力损失。 ●P2、P3：管路系统的沿程和局部阻力损失。 （3）水泵并联 一台泵单独工作时的流量，大于并联工作时每台
在空调水系统中，由于腐蚀物、 微生物、Ca+、Mg+等物质的存在，在 运行一段时间后，会在机组蒸发器、 冷凝器、末端空调设备的表冷器及管 道内壁形成污垢和腐蚀。随着污垢 的增大，水流阻力增大，机组效率下 降，寿命缩短。因此，必须对数据中心空调的水系统进 行处理。 空调水系统的水处理方法可采用化学处理，软化