电子信息系统机房项目冷却水系统设计

在现代科学技术高度发展的社会里，计算机越来越广泛地应用于各个领域。

计算机系统只有可靠的运行，才能发挥其效益，而计算机的可靠运行，需要一个比较严格的物理环境。

如供电、配电、温度、湿度、洁净度等，这样就需要有一个现代化的机房系统满足计算机对环境的要求。

各种类型的互联网数据中心（IDC ，Internet Data
Center ），企业数据中心，灾备中心（或称灾备恢复中心，BRC，business recovery center ）等都属于电子信息系统机房（数据中心），在国民经济及人们的日常生活中，越来越发挥其重大作用。

在电子信息系统机房项目中，温度要求恒定，常年需要使用制冷设备，冷却水系统设计和冷却塔设计有一定特点。

1. 电子信息系统机房（数据中心）项目制冷特点及节能需求
1.1 电子信息系统机房项目发热及制冷特点。

电子信息系统机房项目的发热主要来源于机房内的服务器、网络设备等IT 设备在运行过程中散发的热量，以及变电所、配电室、UPS 电池室等电气设备运行过程中散发的
热量。

这些设备发热的特点是设备集中，发热量大，连续运行，并且一年四季发热量基本保持恒定。

要保持机房内和电气房间内的空气温度在一定的范围内，这就需要大量的冷风将热量带走。

数据中心一般采用机房专用空调，这是考虑到IT 设备的特点，在相同制冷量的基础上，风量远大于舒适性空调，能够迅速、有效地带走IT 设备散发的热量。

由于IT 设备和电气设备一年四季发热量基本保持恒定，使得数据中心项目对制冷量的需求一年四季也基本保持恒定，制冷系统需要常年稳定运行。

1.2 机房冷通道、热通道的设置与节能。

由于整个制冷系统需要常年运行，如何节能显得尤为重要。

在工艺设备布置上，当机柜内的设备为前进风/ 后出风方式冷却时，机柜采用面对面、背对背的布置方式。

机柜面对面布置形成冷风通道，背对背布置形成热风通道，配合合理布置送回风口取得合理气流组织，提高空调设备的使用效率，能够降低空调设备的功耗。

冷通道内温度可以设置为18〜27 C,相应热通道温度可以设置为29〜38 C,此运行工
况完全能够保证机柜正常运行，且提高了回风温度后，可以提高末端空调水-空气侧换热效率。

冷、热通道的分隔，使得制冷系统可以采用中温冷冻水供冷，这样便提高冷冻机效率，整个制冷系统实现节能运行。

中温冷冻水常采用供水温度12 C ~13 C,回
水温度17 C ~18 C,根据具体项目不同技术参数要求。

合理选择中温冷冻水供回水温度，与冷冻机相匹配，可以节能。

一般是采用温差为6C的大温差供回水，这样可以
减小循环水量，缩小管道直径。

2. 冷却水系统设计
2.1 冷却塔自由冷却的使用与节能由于数据中心项目的机房可以采用中温冷冻水，这就使得利用冷却塔冬季自由冷却以及过渡季节部分自由冷却有一定的可实施性及方便性。

当采用闭式冷却塔时，冬季
可以替换冷冻机，直接供机房中温冷冻水。

当采用开式冷却塔时，冬季利用冷却塔的低温出水，采用板式换热器换热，制备中温冷冻水，冷冻机可以完全不开，系统节能。

过渡季节采用预冷模式，冷冻机部分负荷运行，降低能耗。

2.2 冷却水系统运行模式数据中心项目常用制冷方案有多种，采用水冷冷冻水机组+ 自由冷却系统是比较节能的方案之一。

本方案组成设备包含：水冷冷水机组（冷冻机）、冷却水泵、冷却塔、板式换热器、冷冻水泵、定压补水装置、加药装置、蓄冷水罐、末端空调机组等。

此系统运行模式：运行模式一：制冷模式。

夏季及过渡季，当冷却塔出水温度大于设定温度时，为正常制冷模式。

冷却塔出水供冷冻机用冷却水，冷冻机工作，系统电能消耗最大。

运行模式二：预冷模式。

过渡季及冬季，当冷却塔出水温度降低到一定温度时（一般比冷冻水回水温度低1.5 C）,就可以使用预冷模式。

此模式下，冷却塔出水经过板式换热器与冷冻水回水先进行热交换后再进入冷冻机，供冷冻机用冷却水。

冷冻机另外一侧，经过板式换热器降低一定温度的冷冻水回水，进入冷冻机，制备冷冻水。

此模式下，板式换热器工作，冷冻机也工作，但冷冻机承担的负荷仅为30%~70% ，可减少电能消耗。

运行模式三：自由冷却模式。

冬季，当冷却塔出水温度低于空调系统需要的冷冻水供水温度1.5 C 左右时，就可以进入自由冷却模式。

冷却塔低温出水经过板式换热器与冷冻水回水进行热交换，直接制备冷冻水。

此时，冷冻机完全停止工作，只有冷却塔和循环水泵等在工作，系统大幅度减少电能消耗。

2.3 冷却塔选型设计参数
当采用水冷冷冻水机组+自由冷却系统时，冷却塔参数的正确选择，运行的稳定性，也成为整个冷却水系统稳定运行和节能的重要因素。

一般其他类型项目是冬季需要的冷量小，夏季需要的冷量大，在冷却塔选型时，按照夏季运行工况选择，冬季是能够满足要求的。

在水冷冷冻水机组+自由冷却系统中，冷却塔运行有夏季工况和冬季自由冷却两种工况，需要按照两种工况进行选择及校核。

以北京地区某项目为例，对冷却塔夏季与冬季运行参数进行比较如下：运行工况循环冷却水量
出水温度
进水温度
设计湿球温度
夏季
500m3/h
33 °C
38 C
29C
冬季
425m3/h
10.5C
15.5C
6.5C
备注：夏季冷却塔的散热量为冷冻机的制冷量与冷冻机输入功率之和，冬季自由冷却塔模式下冷却塔的散热量仅为制备冷冻水的制冷量，故夏季冷却塔循环冷却水量大于冬季循环冷却水量。

结合以上各项参数，对冷却塔冬季与夏季各个参数的选择加以说明：
夏季冷却塔循环水量：冷冻机制备冷冻水需要的冷量加上冷冻机输入功率，折算的循环水量。

夏季冷却塔出水温度：结合冷冻机选型工况确定，与当地湿球也有关系。

冷却塔出水温度与湿球温度之差越大，冷却塔降温越容易，选择的塔型越小。

夏季冷却塔进水温度：结合冷冻机选型工况确定，一般进水、出水温差为5C ~6 C
夏季设计湿球温度：根据当地气象参数以及冷却塔冷却效果保证率确定。