蓄冷技术是目前数据中心等建筑空调系统中较流行的节能技术和应急功能。根据蓄冷原理的不同,蓄冷技术可以分为水蓄冷和冰蓄冷。蓄冷罐按照蓄冷方式可以分为显热蓄冷罐、相变潜热蓄冷罐;如在蓄冷空调中的水蓄冷空调是显热蓄冷,冰蓄冷空调和优态盐混合物是相变潜热蓄冷。
冰蓄冷是指用水作为蓄冷介质,利用其相变潜热来储存冷量。冰蓄冷系统技术类型主要有冰盘管式、完全冻结式、冰球式、滑落式、优态盐式以及冰晶式。由于数据中心很少采用冰蓄冷方试,所以此处只做简单描述,以下内容将围绕水蓄冷展开,根据水蓄冷系统结构特点,水蓄冷系统又分为开式蓄冷和闭式蓄冷两种。
1.蓄冷罐的节能经济效果
数据中心设备负荷的加载是一个渐进的过程,因此在数据中心的运行初期,蓄冷系统完全可以考虑用于节能运行,其运行模式为:夜间蓄冷——日间放冷,电价平值谷值蓄冷——电价峰值放冷。在有合理分时峰、谷电差价的地区,夜间利用低谷电蓄冷罐进行蓄冷,白天利用蓄冷罐夜间存储的冷量进行放冷。数据中心初期负荷不高的情况下,合理利用蓄冷罐,优化数据中心运行模式,可以有效减少冷水机组的开启时间,节能的效果也是非常的明显。这种节能方式称之为“削峰填谷”。
2.蓄冷罐的应急功能
蓄冷罐应急主要是在双路市电断电的情况是启用,双路市电断电,冷机停机无法继续制冷,此时蓄冷罐充当冷源。市电断电之后,应急电源由柴油发电机组提供,柴发启动成功之后,完成配送电,冷机以及配套设备启用,开始制冷,这段恢复过程所需要的时间为数据中心应急允许时间,一般时间值定为15分钟(参考值),此时间值由数据中心配置设备属性、自动控制系统以及值班人员工作素质等决定,所以不同数据中心应急允许时间也不相同。冷水机组在正常供冷过程中遇到停电故障时会进入故障保护状态,在电力供应恢复后,离心式冷水机组的压缩机导叶先恢复至正常开机的初始状态,再经过冷水机组控制系统对冷冻水循环水泵、冷却水循环水泵、管道电动阀、冷却塔等相关部件进行巡检,并确认正常运行后,冷水机组才能正常启动。
3.蓄冷罐的定压补水作用
蓄冷罐的定压补水作用主要针对开始蓄冷系统。开始蓄冷罐设计及施工都要求保证蓄冷罐内最高液位高度高于冷冻水系统液位高度,利用蓄冷罐中水的静压力平衡系统压力。此外,当水泵启停瞬间对冷却水系统的水力冲击或者由于温度变化导致管道液体热胀冷缩的时候,开始蓄冷罐也可以起到一定的缓冲作用。
4.蓄冷罐的应急水源作用
数据中心的建设一般要考虑当地的实际环境,就这导致不同的数据中心会有不同的设计风格。在上海周浦的一个IDC项目中,配置一个3 000m3 开式蓄冷罐,除节能运行、应急制冷等基本作用外,还承担着应急水源的作用。当市政水停水且不满足恢复的情况时,蓄冷罐内的水作为应急水源满足数据中心运行消耗,保证机房一段时间内安全可靠地运行。
5.水蓄冷的优势
水蓄冷具有投资小,运行可靠,制冷效果好,经济效益明显的特点,每年能为用户节省可观的中央空调年运行费用,还可实现大温差送水和应急冷源,相对于冰蓄冷系统投资大,调试复杂,推广难度较大的情况来说,水蓄冷具有经济简单的特点,维修方便,技术水平要求低。
适用于常规供冷系统的扩容和改造,可以通过不增加制冷机组容量而达到增加供冷容量的目的。
6.蓄冷罐水蓄冷技术内容
(1)技术原理
水蓄冷中央空调系统是用水为介质,将夜间电网多余的谷段电力(低电价时)与水的显热相结合来蓄冷,以低温冷冻水形式储存冷量,并在用电高峰时段(高电价时)使用储存的低温冷冻水来作为冷源的空调系统。
(2)蓄冷罐方试
按照蓄冷罐的使用形式来说蓄冷罐又分为开式蓄冷罐和闭式蓄冷罐两种;按照蓄冷罐罐体结构设计方式又分为多罐(蓄水槽)式、迷宫式、隔膜式以及自然分层式,综合需求,目前蓄冷罐主要以自然分层的方式来设计。
(3)关键技术
蓄冷水箱的结构形式应能防止所蓄冷水和回流热水的混合,提高蓄冷水箱的蓄冷效率,增加蓄存冷水可用能量,因此如何降低冷温水界面间斜温层的厚度是技术的关键。(www.xing528.com)
7.自然分层蓄冷罐介绍
(1)自然分层蓄冷原理
水蓄冷自然分层是利用了水在不同温度下密度不同而实现自然分层的原理。水的密度与其温度密切相关,在水温大于4℃时,温度升高密度减小,而在0～4℃范围内,温度升高密度增大,3.98℃时水的密度最大。自然分层蓄冷就是依靠密度大的水会自然聚集在蓄冷罐的下部,形成高密度水层的原理而设计的。
表3-2 水的温度和密度对照表
续表
(2)自然分层蓄冷罐结构组成
主要有钢制罐体、散流器(均流布水装置)、传感器、保温板以及立柱、支架。
(3)自然分层蓄冷罐运行特点
自然分层水蓄冷罐的结构形式如图3-25所示,在蓄冷罐中设置了上下两个均匀分配水流散流器,为保证进出水过程不影响到罐内水介质流动,不使冷热水介质大量发生热交换现象,散流器在设计的时候保证顶部散流器散流方向向上,底部散流器散流方向向下。为了实现自然分层的目的,要求在蓄冷和释冷过程中,热水始终是从上部散流器流入或流出,而冷水是从下部散流器流入或流出,即在蓄冷循环时,制冷设备送来的冷水由底部散流器进入蓄水罐,热水则从顶部排出,罐中水量保持不变。在放冷循环中,水流动方向相反,冷水由底部送至负荷侧,回流热水从顶部散流器进入蓄水罐应尽可能形成分层水的上下平移运动。
图3-25 自然分层水蓄冷罐的结构形式
将水蓄冷与冰蓄冷进行比较,这两种蓄冷方式的最大不同就是水蓄冷是利用水的温度变化(显热变化)进行蓄冷,而冰蓄冷利用水的相态变化(相变所需的潜热)进行蓄冷。因此,冰、水蓄冷系统在下列方面发生了变化。
8.维护与保养
蓄冷罐的维修保养项目很少,主要有罐体保温效果检查、电伴热状态检查、内部温度传感器检查以及罐内部结构的防腐防锈。
9.附图(图3-26)
图3-26 CAPSA 的水蓄冷系统
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