板式换热器在数据中心冷却系统的应用

数据中心的冷却系统

一个超大型数据中心每年的耗电量近亿度;从宏观上看，全世界数据中心的耗电规模占全世界耗电规模的3%。由于数据中心的配套建设涉及众多设备，包含了电力设备、空调设备、网络设备等，而能源的消耗包括了IT设备、制冷设备、供配电系统和照明设备，光是IT设备和制冷设备就占到了能源消耗的80%，因此对电力的消耗巨大。数据中心能耗中约40%是冷却系统的能耗。为降低数据中心制冷系统能耗，提高能源利用率，通过自然冷却技术，利用板式换热器、冷却塔等为数据机房提供冷源对数据机房进行冷却的方式，具有显著的节能效果。

自然冷却技术

自然冷却技术是指利用自然冷源使冷水机组或其他机械制冷系统停止或者降低容量运行，从而实现降低能耗的目的。在常规空调水系统基础上增加了水-水板式换热器及部分管路与设备，冷冻水利用冷却塔+冷却水泵+板式换热器组成的循环系统进行换热，降低机房温度。板式换热器和冷水机组并联，两者配置独立的冷却水泵和冷冻水泵。冷却水和冷冻水在板式换热器进行换热后，若冷冻水供水温度可以满足要求，则关闭冷水机组，开启板换，实现自然冷却；若冷却水温度不能将冷冻水回水温度降到所需要的供水温度，则关闭板换，转为冷水机组直供冷模式。

自然冷却主要分为风侧自然冷却和水侧自然冷却两大类。

风侧自然冷却

直接式：直接将室外冷空气引入室内，直接蒸发冷却

间接式：通过换热器（干式/湿式）利用室外冷空气，通过热管利用室外冷空气，通过制冷剂循环利用室外冷空气

水侧自然冷却

直接式：  直接利用室外低温水（海水、湖水、江河水）进行冷却

间接式：冷却塔冷水直接冷却，冷却塔＋板式换热器，闭式冷却塔，干冷器。

冷却塔式自然冷却

冷却塔自然冷却是目前数据中心采用最多的自然冷却技术之一。冷却塔自然冷却包括：开式冷却塔直接自然冷却，冷却塔制取的冷水直接供机房精密空调使用；开式冷却塔间接自然冷却，冷却塔制取的冷水通过板式换热器与机房精密空调高温回水换热，实现向机房的供冷；闭式冷却塔自然冷却，采用闭式冷却塔制取低温水或低温乙二醇溶液直接供机房精密空调使用；干式冷却器自然冷却，干冷器是将管式换热器置于塔内，通过外界流通的低温冷空气冷却管内来自机房精密空调的循环水或者乙二醇溶液。

板式换热器

开式冷却塔直接自然冷却方式的循环冷水容易受到污染造成水质下降，进而影响机房精密空调换热器的换热性能和运行可靠性，因此实际中采用这种方式进行自然冷却的数据中心很少。开式冷却塔间接自然冷却方式是在数据中心中应用较多的一种形式，其通过板式换热器实现水−水间接换热。由于开式冷却塔的冷却效率较高，该种自然冷却方式整体的自然冷源利用率较高，得到了普遍应用，但是在严寒和寒冷地区，开式冷却塔的防冻问题非常关键，应当引起重视。

图片：数据中心楼顶密集度

小温差换热

计算机机房终年是在恒温恒湿条件下运行的。机房常年维持温度在18-24摄氏度，板换以水（可能含乙二醇）给机房设备的冷却水降温。考虑板式换热器换热效率，换热器两侧的换热温差取1℃。

此组参数为国外某数据中心板式换热器小温差换热的参考案例:

Flow rate=11.2 m3/h 热侧介质水：T_in=33℃ T_out=27 ℃ 冷侧介质水: T_in=26℃ T_out=32 ℃

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