楊小之，邵正忠

（中國電信股份有限公司 南京分公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

某數(shù)據(jù)中心地上15層、地下2層，機(jī)樓制冷結(jié)構(gòu)為水冷機(jī)組配末端水冷空調(diào)[1]。數(shù)據(jù)中心共有12組水冷機(jī)組，放置于負(fù)1樓與負(fù)2樓。冷卻塔放置于13樓樓頂外平臺(tái)與15樓樓頂平臺(tái)，水冷機(jī)組冷卻管路完全獨(dú)立，每組水冷機(jī)組對應(yīng)一組冷卻塔。早期機(jī)房集中于11樓及以下樓層，冷凍水管的最頂部位于11樓，此時(shí)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)集水器壓力為0.85～0.9 MPa，系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定壓力為1.0 MPa。后期14樓機(jī)房投用，冷凍水循環(huán)高度增加13.5 m，機(jī)樓單層高度4.5 m，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)出水壓力升至0.95 MPa以上，接近系統(tǒng)設(shè)定壓力上限[2]。為了降低系統(tǒng)壓力，在14樓業(yè)務(wù)機(jī)房建設(shè)獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，使冷凍水系統(tǒng)揚(yáng)程降低至原高度[3]。

1 設(shè)計(jì)方案

14樓獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)方案中，末端為帶壓縮機(jī)的機(jī)房精密空調(diào)，冷卻系統(tǒng)為殼管換熱器加冷卻塔的形式[4,5]。考慮該機(jī)樓已經(jīng)存在較多冷卻塔，因此將新建系統(tǒng)管路接入已有冷卻塔，形成雙循環(huán)水路共用冷卻塔的模式，如圖1所示。

圖1 雙循環(huán)水路共用冷卻塔模式

原空調(diào)系統(tǒng)冷卻水泵CWP-A1位于負(fù)1樓、CWP-A2位于負(fù)2樓，水冷機(jī)組CH-A1位于負(fù)1樓、CH-A2位于負(fù)2樓，冷卻塔CT-A1位于13樓樓頂外平臺(tái)、CT-A2位于15樓樓頂平臺(tái)，新建空調(diào)系統(tǒng)殼管換熱器HX-B1、HX-B2以及殼管對應(yīng)水泵CWP-B1、CWP-B2均位于13樓樓頂外平臺(tái)。其中，HX-B1、HX-B2均為多個(gè)殼管換熱器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并非單個(gè)殼管換熱器，殼管換熱器與機(jī)房精密空調(diào)壓縮機(jī)一一對應(yīng)。

新建空調(diào)系統(tǒng)冷卻部分為雙路由在線互備結(jié)構(gòu)，具備兩個(gè)循環(huán)管路。由于夏季冷卻塔需求量大，該模型無法保障時(shí)刻存在獨(dú)立冷卻塔供新建空調(diào)系統(tǒng)使用，因此必須考慮在原有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)與新建空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)同時(shí)在線且共用一組冷卻塔的特殊情況下，系統(tǒng)是否仍可正常運(yùn)行。

2 單系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行測試

在管路改造完成后，對原有水冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)和新建殼管式換熱器冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，確保4個(gè)冷卻系統(tǒng)均可獨(dú)立正常運(yùn)行。當(dāng)水泵在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，冷卻塔塔頂分水器液位變化如圖2所示。其中機(jī)組水泵的額定功率為90 kW，殼管水泵的額定功率為30 kW。

圖2 水泵在不同頻率下運(yùn)行時(shí)冷卻塔塔頂分水器液位變化

需要注意的是，文中所述的冷卻塔液位均為冷卻塔塔頂分水器液位，該參數(shù)能直觀反應(yīng)冷卻塔需要處理的冷卻水水量。冷卻塔塔頂分水器水槽邊緣高度為250 mm。

3 雙系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行測試

3.1 測試過程

開展雙水泵在頻率為35 Hz、40 Hz、45 Hz以及50 Hz共用冷卻塔的非帶載測試，共建立4種運(yùn)行模式。雙冷卻水系統(tǒng)共用冷卻塔模式中的設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

表1 雙冷卻水系統(tǒng)共用冷卻塔模式中的設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)

不同的雙冷卻水循環(huán)系統(tǒng)共用冷卻塔情形如圖3（a）、圖3（b）所示。

圖3 不同的雙冷卻水循環(huán)系統(tǒng)共用冷卻塔情形

3.1.1 模式1

根據(jù)圖3（a），位于負(fù)1樓的機(jī)組水泵CWP-A1正常運(yùn)行，冷卻塔CT-A1位于13樓樓頂外平面，此時(shí)需要開啟與冷卻塔同樓層的殼管水泵

CWP-B1。當(dāng)CWP-A1已經(jīng)運(yùn)行時(shí)，CWP-B1無法開啟，調(diào)節(jié)CWP-A1的運(yùn)行頻率，相應(yīng)地改變泵CWP-B1的啟動(dòng)頻率，泵CWP-B1始終無法開啟。

3.1.2 模式2

根據(jù)圖3（a），位于13樓樓頂外平面的CWP-B1正常運(yùn)行，此時(shí)需要開啟位于負(fù)1樓的CWP-A1。經(jīng)過實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)CWP-A1能正常開啟，但運(yùn)行一段時(shí)間后CWP-B1有可能出現(xiàn)異響和停機(jī)情況。該模式下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。由于13層冷卻塔對應(yīng)冷卻系統(tǒng)無流量監(jiān)測裝置，因此無法得知其具體數(shù)據(jù)。冷卻塔塔頂分水器水槽邊緣高度為250 mm，當(dāng)冷卻塔液位超過250 mm時(shí)會(huì)有液體流出，記為溢水。

表2 運(yùn)行模式2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.3 模式3

根據(jù)圖3（b），位于負(fù)2樓的機(jī)組水泵CWP-A2正常運(yùn)行，冷卻塔CT-A2位于15樓樓頂平面，此時(shí)需要開啟位于13樓樓頂外平面的殼管水泵CWP-B2。在水泵設(shè)定不同頻率的情況下，雙水路系統(tǒng)均能同時(shí)正常運(yùn)行。運(yùn)行模式3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 運(yùn)行模式3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.4 模式4

根據(jù)圖3（b），位于13樓樓頂外平面的CWP-B2已正常運(yùn)行，此時(shí)需要開啟位于負(fù)二樓的機(jī)組冷卻水泵CWP-A2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CWP-A2能正常開啟，但CWP-A2運(yùn)行后，CWP-B2很快發(fā)生異響并停止運(yùn)行，水泵頻率的改變不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 測試結(jié)果

3.2.1 水泵運(yùn)行情況

測試機(jī)組水泵與殼管水泵同時(shí)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 測試機(jī)組水泵與殼管水泵同時(shí)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 冷卻塔運(yùn)行情況

在雙泵同時(shí)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，水泵高頻運(yùn)行情況下，冷卻塔會(huì)出現(xiàn)頂部溢水情況。機(jī)組水泵與殼管水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)不同頻率下的冷卻塔液位如圖4所示。

圖4 機(jī)組水泵與殼管水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)不同頻率下的冷卻塔液位

當(dāng)機(jī)組水泵與殼管水泵均高頻運(yùn)行時(shí)，分水器內(nèi)將完全被水灌滿，此時(shí)冷卻塔液位高度為分水器水槽邊緣高度，并出現(xiàn)如圖5所示的邊緣溢水情況。溢水不僅會(huì)造成水資源浪費(fèi)，而且同時(shí)長時(shí)間溢水還會(huì)引發(fā)積水、漏水等情況，必須對該情況進(jìn)行分析論證。

圖5 冷卻塔邊緣溢水變化情況

整合兩個(gè)系統(tǒng)各自單獨(dú)運(yùn)行和同時(shí)運(yùn)行測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖6所示。

圖6 水泵在不同頻率運(yùn)行時(shí)的冷卻塔液位

由圖6可知，水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)冷卻塔實(shí)際液位值并不等于兩組水泵獨(dú)立運(yùn)行時(shí)冷卻塔液位數(shù)值簡單的疊加，實(shí)際冷卻塔處理的水流量大于理論疊加值。

3.3 結(jié)果分析

從上述實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，雙冷卻水循環(huán)系統(tǒng)能否同時(shí)正常運(yùn)行與多個(gè)因素有關(guān)。13樓殼管水泵與冷卻塔處于平層，當(dāng)負(fù)1樓機(jī)組水泵開啟后，殼管水泵進(jìn)水側(cè)管路中的水很容易被抽離，導(dǎo)致圖3中B段管路水流量過小，水泵產(chǎn)生負(fù)壓，水泵葉輪產(chǎn)生“氣蝕”現(xiàn)象，殼管水泵無法啟動(dòng)[6]。15樓水泵測試結(jié)論原理與14樓相同，當(dāng)負(fù)二樓水泵啟動(dòng)后會(huì)瞬間降低13樓殼管水泵進(jìn)水側(cè)B管路水流量，導(dǎo)致殼管水泵停轉(zhuǎn)。但由于冷卻塔與殼管水泵的落差關(guān)系，當(dāng)機(jī)組水泵運(yùn)行平穩(wěn)后，殼管水泵進(jìn)水側(cè)管路水流量不會(huì)過低，此時(shí)再啟動(dòng)殼管水泵，雙水循環(huán)能同時(shí)運(yùn)行。

4 結(jié) 論

通過實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜度與不確定性遠(yuǎn)超理論計(jì)算，該數(shù)據(jù)中心最終未采納雙循環(huán)水路共用冷卻塔結(jié)構(gòu)，選擇為新建空調(diào)系統(tǒng)增加冷卻塔，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，并達(dá)到降低冷凍水系統(tǒng)壓力的目的。通過對多個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)共用同一組冷卻塔的研究，給相關(guān)建設(shè)和改造提供了一定的支持，未來需要繼續(xù)深入探討。