4、管網(wǎng)設(shè)計(jì)選型

圖6  某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)

雖然暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法在民用建筑和數(shù)據(jù)中心相差無(wú)幾，但是結(jié)合各自建筑特點(diǎn)及負(fù)荷特性，數(shù)據(jù)中心的管網(wǎng)設(shè)計(jì)還是有其獨(dú)特的地方。如圖6所示，某運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)5臺(tái)冷水機(jī)組（4＋1運(yùn)行）保障設(shè)備層面的可靠性，設(shè)計(jì)5臺(tái)板式換熱器進(jìn)行自然冷卻。在管網(wǎng)設(shè)計(jì)方面采用雙供雙回的雙管制和環(huán)管制相結(jié)合的方式，保障管路系統(tǒng)的可靠性，并且在數(shù)據(jù)中心一般不會(huì)進(jìn)行管網(wǎng)分區(qū)和采用二次泵系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的供冷半徑通常較小，除非數(shù)據(jù)中心的供冷來(lái)自園區(qū)的冷凍站而不是數(shù)據(jù)中心的專用冷凍站。

4.1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案選擇

在管網(wǎng)設(shè)計(jì)方面，有多種方案（見圖7）可以選擇，各方案優(yōu)缺點(diǎn)如表4所示。

圖7  管網(wǎng)設(shè)計(jì)類型      

表4   不同管網(wǎng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

4.2 管道防凍方案選擇

數(shù)據(jù)中心常年需要冷卻，因此應(yīng)特別注意冬季的管道防凍問(wèn)題。目前常見的方案有向冷卻水系統(tǒng)中添加乙二醇溶液或?qū)鋮s水管道進(jìn)行電伴熱或根據(jù)合適的氣候條件不采取任何措施。

4.2.1添加乙二醇溶液

向冷卻水系統(tǒng)中添加乙二醇溶液是一種施工簡(jiǎn)便的措施，添加的乙二醇溶液能夠降低水溶液的冰點(diǎn)從而防止結(jié)凍，如圖8所示，25％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的乙烯乙二醇溶液的冰點(diǎn)為－10.7 ℃。但也有缺點(diǎn)，添加的乙二醇溶液將降低水溶液的冷卻性能并增加了水溶液的黏性（見表5），導(dǎo)致系統(tǒng)管路阻力增加，乙二醇溶液比熱容比純水的比熱容高0.43 kJ/（kg·℃），并且其黏度比純水的黏度增大2倍多。另外乙二醇溶液對(duì)管路設(shè)備有輕微腐蝕性，需要設(shè)置板式換熱器將乙二醇溶液與純冷水系統(tǒng)進(jìn)行物理隔離。

4.2.2 管道電伴熱

數(shù)據(jù)中心的管道電伴熱一般為20～30 W/m，伴熱長(zhǎng)度一般達(dá)150 m左右，電壓220 V或110 V，有防爆和不防爆之分。其優(yōu)點(diǎn)是不與水接觸并不會(huì)降低冷卻性能，其缺點(diǎn)是施工相對(duì)復(fù)雜，伴熱均勻性差，伴熱長(zhǎng)度有限，檢修維護(hù)頻繁。管道電伴熱示意圖如圖9所示。由于電伴熱的成品長(zhǎng)度有限，需要做個(gè)回路對(duì)長(zhǎng)管道進(jìn)行加熱，對(duì)施工工藝要求高，后期運(yùn)行維護(hù)困難。另外，電伴熱屬于耗電產(chǎn)品，與數(shù)據(jù)中心的節(jié)能設(shè)計(jì)理念相悖。

圖8  防凍液質(zhì)量濃度與冰點(diǎn)關(guān)系

表5   不同防凍液的熱物性

圖9 管道電伴熱示意圖      

圖10  結(jié)冰時(shí)間與內(nèi)管壁溫度的關(guān)系

4.2.3 水流自適應(yīng)

圓管內(nèi)流體是否結(jié)冰僅與圓管內(nèi)表面最低溫度有關(guān)，而與圓管內(nèi)流體流速無(wú)關(guān)。當(dāng)圓管內(nèi)表面最低溫度高于一定溫度（-5.2 ℃）時(shí)，圓管內(nèi)流動(dòng)的水在1 800 s內(nèi)不再發(fā)生結(jié)冰，如圖10所示。一般情況下供水溫度10 ℃，外包20 mm厚保溫棉，在室外氣溫高于-5 ℃的地區(qū)，其管內(nèi)水溫在冬季必大于-5 ℃，此種情況下無(wú)須采取防凍措施。

5、結(jié)論

數(shù)據(jù)中心冷水機(jī)組的選型須嚴(yán)格參照GB 50736—2012執(zhí)行。

1）無(wú)論從冷水機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行還是水泵并聯(lián)運(yùn)行角度看，冷水機(jī)組及其對(duì)應(yīng)水泵作N＋1設(shè)計(jì)時(shí)N不宜大于3。

2）應(yīng)進(jìn)行高壓冷水機(jī)組與低壓冷水機(jī)組的投資成本分析，既保證選型的合理性又保證選型的經(jīng)濟(jì)性。

3）當(dāng)單臺(tái)冷水機(jī)組的負(fù)荷率在40％～60％之間時(shí)宜選擇變頻冷水機(jī)組；負(fù)荷率在90％以上且冷卻水溫高于25℃時(shí)宜選擇定頻冷水機(jī)組，不同品牌的冷水機(jī)組最佳負(fù)荷率區(qū)間略有不同。

4）蓄冷設(shè)計(jì)中宜采用蓄冷罐與冷水機(jī)組并聯(lián)的方案。

5）管網(wǎng)設(shè)計(jì)類型有雙管 雙盤管、雙管 單盤管、單管同程 單管環(huán)管 環(huán)管等，宜根據(jù)數(shù)據(jù)中心的可用性等級(jí)和投資成本之間的平衡性選擇合適的方案。

6）管道防凍措施的選擇也應(yīng)因地制宜，結(jié)合施工工藝和氣候條件制定。

參考文獻(xiàn)

[1]   民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50736—2012[S].

[2]   曲凱陽(yáng)，江億. 圓管內(nèi)流動(dòng)水發(fā)生結(jié)冰的影響因素研究[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2001(3)：250-254.