蓄冷裝置(蓄冰或蓄水)可在供冷中斷時(shí)當(dāng)作應(yīng)急冷源用，對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心來說采用蓄冰裝置作應(yīng)急冷源更為合適，可節(jié)省蓄冷裝置的體積和系統(tǒng)投資，目前動(dòng)態(tài)制冰、外融冰盤管、冰球都可以作為數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源。

應(yīng)急冷源對(duì)蓄冰系統(tǒng)的特殊要求

數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源的放冷時(shí)間通常都很短，最短需要在十幾分鐘內(nèi)將冰融光，最長也只有幾小時(shí)。需要根據(jù)項(xiàng)目情況定制相應(yīng)的快速融冰盤管。

在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多種情況，并對(duì)不同工況進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)核，以確保蓄冰裝置內(nèi)任何時(shí)候都有足量的冰。

蓄冰裝置

應(yīng)急冷源對(duì)蓄冰裝置一般通過增加蓄冰裝置的換熱面積來提高融冰速度。另外，采用直接接觸式的融冰裝置，也可以大幅提高融冰速度。用于應(yīng)急冷源的外融冰盤管是增加了換熱面積的直接接觸式產(chǎn)品，通常稱之為快速融冰盤管，用以區(qū)別于常規(guī)的外融冰盤管。

快 速融冰盤管的換熱面積是由融冰時(shí)間和融冰溫度共同決定的。盤管的換熱面積與融冰時(shí)間成反比，融冰時(shí)間越短，能融掉的冰厚度越小，盤管就需要較大的換熱面積 來降低結(jié)冰厚度，故在設(shè)計(jì)快速融冰盤管時(shí)，首先要考慮融冰時(shí)間對(duì)換熱面積的影響。融冰溫度對(duì)融冰速度也有較大影響，如果應(yīng)急冷源可接受較高的融冰溫度，其 融冰速度會(huì)更快，相同時(shí)間內(nèi)融掉的冰厚度就更大，這樣可增加結(jié)冰厚度，減少盤管的換熱面積。

快速融冰盤管的換熱面積較大、結(jié)冰厚度較小，理論上可減少盤管內(nèi)管間距，縮小盤管的體積，理想的快速融冰盤管與常規(guī)盤管的結(jié)冰情況比較見圖1。

快 速融冰盤管一般會(huì)通過增加結(jié)冰厚度來擴(kuò)展蓄冰量，這樣可將快速融冰盤管內(nèi)本來被浪費(fèi)的空間利用起來，而備用冷源也正好需要配置更大的蓄冰量來保證其在任何 情況下都有足夠的冰量可用。備用冷源在實(shí)際使用時(shí)會(huì)碰到如下幾種情況：1)長時(shí)間待機(jī)不用，蓄冰裝置會(huì)因散熱損失部分蓄冰量;2)連續(xù)供冷中斷，蓄冰裝置 剛供完冷，蓄冰未完成又要再次供冷;3)供冷時(shí)間意外延長。

增加冰槽蓄冰量時(shí)不能完全依靠備用冰槽，因?yàn)閭溆帽坌枰ㄆ诨謴?fù)冰量，在恢復(fù)冰量時(shí)，需要將備用冰槽內(nèi)的冰融光再重新蓄滿，如果在備用冰槽恢復(fù)冰量期間需要緊急供冷，備用冰槽是無法投入使用的。

需要注意的是，增加結(jié)冰厚度時(shí)，不可以改變盤管的換熱面積，這樣盤管的成本和融冰速度就不會(huì)受到影響。

蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

確定盤管的融冰速度

在 進(jìn)行此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，盤管廠家首先需要根據(jù)項(xiàng)目要求來選定一款快速融冰盤管，快速融冰盤管的融冰速度和融冰溫度是核心指標(biāo)，盤管需要配置足夠的換熱面積 來優(yōu)先滿足這2個(gè)指標(biāo)。在計(jì)算盤管換熱面積時(shí)，主要依靠盤管融冰溫度的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，而無法依靠電腦選型軟件，這是因?yàn)檫x型軟件一般都是以1h為單位來計(jì)算 的，經(jīng)過特殊授權(quán)也最多能實(shí)現(xiàn)以15min為單位的計(jì)算數(shù)據(jù)，但這個(gè)時(shí)間間隔對(duì)于快速融冰盤管來說太長了。

快速融冰盤管的換熱面積主要根據(jù)與其融冰速度相同的標(biāo)準(zhǔn)盤管來確定。數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)盤管1h融光所有冰作為基準(zhǔn)速度設(shè)計(jì)快速融冰盤管，并借用標(biāo)準(zhǔn)盤管的1h融冰曲線。

快速融冰盤管的基本設(shè)計(jì)思路是：換熱面積相同的盤管在同樣的融冰速度下，其融冰曲線一樣，只是融冰時(shí)間越短，融掉的冰量越少，盤管的結(jié)冰厚度也越小。

在確定了盤管的換熱面積和融冰溫度以后，可用電腦選型軟件計(jì)算調(diào)節(jié)過盤管間距和冰厚度的盤管的數(shù)據(jù)?？焖偃诒P管只是在管間距與冰厚度上與常規(guī)盤管不同，常規(guī)盤管的選型軟件可以用于計(jì)算快速融冰盤管的制冰過程。

蓄冰裝置的散熱

作為備用冷源的蓄冰裝置會(huì)向環(huán)境散熱，導(dǎo)致其內(nèi)蓄冰量減少，故蓄冰系統(tǒng)需要定期恢復(fù)裝置的蓄冰量。這種恢復(fù)工作的間隔時(shí)間每個(gè)項(xiàng)目都不一樣，一般是在項(xiàng)目完成后根據(jù)實(shí)際情況確定，在設(shè)計(jì)時(shí)可先按每天1%左右估算冰槽散熱損失。

在 恢復(fù)蓄冰量時(shí)不可以直接對(duì)冰槽充冷，而需要先將冰融光后再充。這是因?yàn)樯崛诒鶚O不均勻，外圍的冰會(huì)先融，如果沒有將冰槽內(nèi)的冰融光就直接制冰，會(huì)導(dǎo)致冰 槽結(jié)冰不均勻。這種不均勻的狀態(tài)多次累積會(huì)造成嚴(yán)重的問題。對(duì)有冰橋的盤管直接充冷，還會(huì)造成過度結(jié)冰并擠壓盤管，導(dǎo)致盤管泄漏的問題出現(xiàn)。

冰 槽恢復(fù)冰量時(shí)需要先將其內(nèi)的冰融光，為確保蓄冰裝置內(nèi)有足夠的冰量一直處于備用狀態(tài)，一般會(huì)配備用冰槽。有時(shí)會(huì)采用兩套獨(dú)立的蓄冰槽互為備用，這樣可在一 套冰槽內(nèi)有足量的冰可用的情況下，對(duì)另一個(gè)冰槽進(jìn)行恢復(fù)冰量的工作，這種系統(tǒng)的投資相對(duì)較高而較少采用。比較經(jīng)濟(jì)的方式是只備用部分冰槽，通過輪換的方式 來恢復(fù)所有冰槽的蓄冰量，比如冰槽可設(shè)計(jì)成三用一備。

冰槽在緊急供冷后可直接充冷而不需要把冰融光。在充冷完成以后，冰槽內(nèi)有足夠冰量可應(yīng)付供冷中斷，再讓冰槽輪流進(jìn)行冰量的恢復(fù)工作(融光/重蓄)，可消除前面直接充冷的負(fù)面影響。

蓄冰時(shí)間確定

常 規(guī)蓄冰系統(tǒng)的蓄冰時(shí)間主要是根據(jù)低谷電價(jià)時(shí)段來定的(一般為8h)，但應(yīng)急冷源一般都希望盡快恢復(fù)冰量，緊急供冷后不會(huì)等到低谷電再蓄冰。應(yīng)急冷源制冰主 機(jī)的容量一般都配置得比較大，可按4～6h左右的蓄冰時(shí)間先選出1臺(tái)蓄冰主機(jī)，然后再根據(jù)所選的主機(jī)設(shè)計(jì)冰槽，在設(shè)計(jì)冰槽時(shí)如發(fā)現(xiàn)問題再調(diào)整主機(jī)容量或蓄 冰時(shí)間。

蓄冰溫度與管內(nèi)流速的校核

冰槽廠家在設(shè)計(jì)冰槽的時(shí)候，首先要校核盤管內(nèi)的乙 二醇最低流速(保證湍流)。有的系統(tǒng)只備用部分冰槽，在對(duì)備用冰槽恢復(fù)冰量(融光/重蓄)時(shí)，只有部分冰槽投入工作。整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇都流入這部分冰 槽，其內(nèi)的乙二醇流量和流速都會(huì)提高，同時(shí)蓄冰溫度也變低，在設(shè)計(jì)冰槽時(shí)需要校核對(duì)備用冰槽充冷時(shí)的管內(nèi)乙二醇流速是否過高、蓄冰溫度是否過低。如果快速 融冰盤管在設(shè)計(jì)時(shí)采用了增加冰厚度來延長冰槽供冷時(shí)間，在校核其蓄冰溫度時(shí)，應(yīng)采用增加結(jié)冰厚度后的盤管計(jì)算。

某數(shù)據(jù)中心蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

項(xiàng)目概況

某 數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源需要3693kW.h(1050rt.h)的蓄冰量，融冰時(shí)間為15min，冰槽的出口溫度約為4～4.5℃。設(shè)計(jì)了8臺(tái) 510kW.h(145rt.h)的盤管，總蓄冷量為4080kW.h(1160rt.h)，8臺(tái)盤管分別放置在2組冰槽內(nèi)，再考慮備用1組冰槽，這樣共 配了12臺(tái)510kW?h(145rt.h)的盤管，布置在3組冰槽內(nèi)，具體的冰槽布置見圖3。

延長蓄冰時(shí)間的考慮

該 項(xiàng)目的盤管結(jié)冰較薄，有很多空間被浪費(fèi)，考慮通過增加冰厚度來延長供冷時(shí)間到30min。這樣單臺(tái)盤管的蓄冰量可達(dá)到 1020kW.h(290rt.h)，12臺(tái)盤管總蓄冰量達(dá)到12240kW.h(3480rt.h)，增加結(jié)冰厚度后，盤管換熱面積不變，體積略有增 加。

主機(jī)配置

配置1臺(tái)制冰量為615kW(175rt)的制冰主機(jī)，制冰溫度-6℃，乙二醇流量為63L/s。制冰初期，制冰溫度為-3℃，此時(shí)的實(shí)際制冰量約為693kW(197rt)。

蓄冰數(shù)據(jù)計(jì)算

緊 急供冷情況下，3組冰槽(包括備用盤管)會(huì)同時(shí)放冷，15min內(nèi)只能融掉部分冰量，冰槽內(nèi)還有8553kW?h(2432rt.h)的蓄冰量。在此基礎(chǔ) 上直接充冷到完全充滿(蓄冰量為增加結(jié)冰厚度以后的容量12240kW.h(3480rt.h))，最低制冰溫度為-3.1℃，制冷時(shí)間為5.3h，其具 體數(shù)據(jù)如表1所示。

在長期待機(jī)過程中，需要定期為備用冰槽恢復(fù)蓄冰量。先將其中1組冰槽內(nèi)的冰融光，再重新充冷，到完全充滿冰(增加結(jié)冰厚度后的蓄冰量)，這時(shí)制冰溫度更低一些，達(dá)到-5.9℃左右，充冷時(shí)間為6.3h，其數(shù)據(jù)如表2所示。

系 統(tǒng)示意圖如圖4所示，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要考慮緊急供冷和定期恢復(fù)冰量2種工作模式。蓄冰裝置分3組布置(二用一備)，每組蓄冰裝置的乙二醇管路上都裝有電動(dòng)兩 通閥，可在充冷時(shí)選擇對(duì)所有盤管充冷(緊急供冷后)或者對(duì)部分盤管充冷(恢復(fù)冰量)。每組盤管的冰水管路上也裝有電動(dòng)兩通閥，以便恢復(fù)冰量時(shí)，選擇其中1 組冰槽將其內(nèi)的冰融光。

系統(tǒng)中需要設(shè)置1個(gè)板式換熱器將通往冰槽的冰水與通向末端的冷水隔離，這是因?yàn)楸蹆?nèi)的冰水為開式循環(huán)，直接與外界環(huán)境接觸，有變臟的風(fēng)險(xiǎn)。

為確保系統(tǒng)的供冷能力不會(huì)受到設(shè)備維護(hù)或損壞的影響，除了需要配置備用板式換熱器外，乙二醇泵與冰水泵都各設(shè)一組備用泵，制冰機(jī)組需要采用雙壓縮機(jī)雙回路的螺桿機(jī)。