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數據中心冷水機組案例淺析葉明哲 CDCC 8月14日制冷主機簡稱冷機,是數據中心空調系統的重要組成部分,其載冷劑一般為水,簡稱為冷水機組,其冷凝器的冷卻利用常溫水的換熱降溫來實現,故也稱為水冷機組。數據中心冷量需求大,選用離心式機組可以獲得較好的能效,本文的冷水機組專指離心機組。

冷水機組原理

離心式制冷壓縮機是一種回轉式速度型壓縮機,吸氣管將要壓縮的氣體引入到葉輪入口,氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪做高速旋轉,通過葉輪中的葉片對葉輪槽道中的氣體作功,提高氣體的速度后引出葉輪出口處,然后導入擴壓腔;由于氣體從葉輪流出后,具有較高的流速,為了將這部分速度能轉化為壓力能,在葉輪排氣口外側設置了流通截面逐漸擴大的擴壓器,進行能量的轉換,以提高氣體的壓力;擴壓后的氣體在蝸殼里匯集起來后,進入機組的冷凝器進行冷凝,以上這一過程就是離心機的壓縮原理,如圖1;另外為了冷凝和把冷量帶走,空調系統包括冷卻水系統和冷凍水系統。

【問題解決】該故障原因為更換電纜后未確認轉向,導致壓縮機反轉,反轉后導致油壓異常,后停機。對冷機停電后,更換進線電纜相序,對冷機檢查后,嘗試性開機,一切正常。

【心得體會】電纜施工后沒有進行相序核對,導致冷機反轉,好在運行時間較短,沒有對冷機造成損傷,實屬萬幸。社會上用戶曾經發生過用戶自行調換電纜,未確認轉向,導致壓縮機反轉,后導致高速齒輪大面積損壞而報廢的嚴重故障。

冷機COP偏低

【問題現象】某數據機樓中,配置4臺冷機,日常運行三臺冷機,其額定COP均為5.5。但實測發現,即使在滿負荷工況下,這三臺冷機也達不到額定值,其中一臺僅為3.5,一臺為4.5。

【問題分析】離心機組COP偏低的原因,常見問題有冷機負荷率偏小,設備性能老化等,冷機和冷卻塔效率偏低導致冷卻水回水溫度偏高等?，F場檢查,每臺冷機制冷量為2037kW,而實際每臺冷機供冷量只需要1500kW,低負載率導致了低效率;另外一個原因是設備性能老化,機組長時間運行中,冷卻水質處理不及時,冷機和冷卻塔換熱效果較差,導致效率降低。

【問題解決】現場對冷機和冷卻塔進行清洗,并進行水質維護;也對冷機工況進行調整,補充部分制冷劑,正常維護后,冷機COP達到5.3左右,恢復到額定值。

【心得體會】運維中要關注冷負荷工況下的冷機COP瞬時值與冷機額定COP,對節能減排非常重要。如果前者明顯小于后者,說明冷機效率低下很可能源于設備自身的原因,需要找到原因并進行處理。

總結數據中心水系統較為龐大和復雜,一旦水系統故障,影響和波及面大,檢修也不易,希望上述冷水機組案例經驗對數據中心的建設和運維人員有所幫助,避免重蹈覆轍,從而提升數據中心的安全性。

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開放式冷水機主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、電控系統、冷凍配件組件，水冷箱式冷水機則由壓縮機、蒸發器、冷凝器、水泵、水箱、電控系統、冷凍配件組成，因此可以看出來，兩者之間的不同之處在于水冷箱式冷水機可以內置水泵及水箱，反之則稱為開放式冷水機。

安裝配置：冷水機主要是為了給產品或設備提供冷凍水以達到制冷的目的。這兩種冷水機都需要配用冷卻水塔進行散熱，但因為水冷箱式冷

水機內置有水箱及水泵，因此安裝的時候，用戶只需要將冷水機組與冷卻水塔連接起來，接通自來水即可投入使用。而開放式冷水機除了配

用冷卻水塔，還需要增加水泵及雙層不銹鋼保溫水箱方能使用。

優點分析：開放式冷水機內置不銹鋼水箱及管道水泵，外形美觀大方，配置完善，主要構件均由鋼體外殼保護，可安放于生產車間內，安裝簡單，使用/維護方便。開放式冷水機不自帶水箱及水泵，可根據需要外接水泵及水箱，優點是水箱的容積及水泵揚程不受限制，能更好地滿足不同的工業設備配套需要。