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如何为数据中心精密空调选择合适的UPS

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-05 7:34:19 * 浏览: 23
随着高密度IT机柜在数据中心机房中的广泛应用,为保证数据中心服务的持续运行,对精密空调的持续制冷需求变得越来越迫切,并且对制冷的保护得到了加强。用户的广泛关注,并作为关键商业支持设备的UPS是否可以为精密空调提供保护,本文试图就这些问题提供一些见解。 1精密空调的电源供应和分配挑战。近年来,随着云服务和移动互联网服务的飞速发展,数据中心已开始朝着高密度和巨大化的方向发展,并且数据中心中IT机柜的功率密度也在不断提高。根据ASHARE的研究报告和一些大型运营商的测试数据,随着IT设备的功率密度从传统上低于2kW /机柜到如今的5kW /机柜,10kW /机柜甚至20kW /机柜,数据室允许空气-空调关闭时间已变为分钟级别。短时间停止空调设备会导致IT设备在几分钟内高温停机,造成的损失难以估计。 (1)数据中心高密度需求表1是2014年运营商机架密度与停机时间的比较表。可以看出,机架密度达到5kW /机柜后,一旦空调停止运行,机柜只持续4分钟。停机时间,并且持续时间将随着机柜密度的增加而缩短。因此,即使UPS在停电后继续供电,延长电池备用时间也没有意义。 (2)机房连续冷却的正常运行时间要求在正常运行时间组织的Tier级标准中,数据机房的连续冷却分为三个级别,对于具有以下性能的高功率数据机房,建议进行连续冷却:功率密度4kW /柜以上。给出了要求,并给出了相应的解决方案,如表2所示。(3)使用UPS加载精密空调的意义。为了解决空调的配电问题,更常见的解决方案是使用柴油发电机为IT设备和空调供电,但是启动石油发动机需要一定的时间。先前的数据要求在当今的高密度数据中心中,石油发动机必须在4分钟内启动,这显然有一定的风险。人们自然会考虑使用UPS为精密空调供电,以确保在主电源故障或柴油发电机无法正常启动时仍能满足持续的冷却需求。精密空调采用UPS进行配电,可以保证数据中心机房的业务需求,实现持续制冷:在①柴油发电机配备备用电源的情况下,可以防止柴油发电机正常启动,仍然确保精密空调的持续冷却。为防止因设备过热和停机而导致业务中断,②对于由于空间限制和其他条件而无法安装柴油发电机的情况,使用UPS为精密空调供电可确保持续的冷却要求。由于精密空调是感性负载,因此业界普遍认为启动时的启动涌入电流非常大,因此如何选择合适的UPS容量成为使用UPS为精密空调供电时出现问题的关键。 。 2精密空调配电架构的要求在目前精密空调的主流应用中,从末端布局来看,主要有两类用于近端制冷的行级空调和用于远程制冷的机房空调。直接膨胀冷却和冷冻水冷却有两种方法,如图1所示。(1)直接膨胀精密空调系统的供电和分配特性直接膨胀空调系统的工作原理:压缩气态制冷剂通过制冷压缩机进入高温高压状态,在冷凝器中冷凝,并将其转换成高温高压。液体释放热量。液态制冷剂通过节流装置(也称为膨胀阀)减压,在蒸发器中蒸发,转化为低温和低压气体,并吸收外围设备的热量以降低环境温度。冷藏目的。直接膨胀式精密空调系统由蒸发器,压缩机,冷凝器和节流装置(膨胀阀)组成。图2显示了直接膨胀式空调系统的基本组成。在实际使用中,为了方便蒸发器和冷凝器的工作,必须为其配备强制对流风扇,并将蒸发器和冷凝器安装在不同的室内外室外机壳(也称为室内外机)中。 。 。直接膨胀式精密空调的电源采用三相电源系统。电源范围通常为380〜415Vac / 50Hz,380〜415Vac / 60Hz和440〜480Vac / 60Hz。当启动空调系统时,通常首先启动室内机(风扇,控制系统等),然后启动室外冷凝器,然后启动制冷压缩机。图3是风冷精密空调的功率分配的示意图。从配电架构和启动顺序来看,在考虑UPS的电源时,有必要参考室内精密空调风扇,控制系统,室外冷凝器和制冷压缩机的电源要求。选择合适的UPS,以实现配电的高性价比。 (2)冷水型精密空调的供配电特性随着高功率密度机房(单柜功率密度超过5kW)的应用越来越广泛,机房的热密度越来越大。相应地增加,而新一代绿色数据中心需要更低的PUE值,这就需要更高能效的冷却方法来为计算机机房提供冷却解决方案,冷冻水制冷可以更好地满足新一代数据中心冷却的需求。冷水式精密空调使用冷水机组制作低温冷水,该冷水由冷水泵驱动。冷水通过水管送至数据室的冷水型终端空调。降低温度,冷却IT设备,待冷冻水加热后,它会通过管道流回冷却器的蒸发器,以再次冷却,依此类推。可以看出,当机组断电时,只要冷冻水泵和终端空调能保证供电,仍可保证机舱内的冷空气循环。作为蒸气压缩式制冷方法的一种装置根据冷凝器的散热方法,冷水机可分为水冷式冷水机和风冷式冷水机。水冷式冷却器使用冷却水作为冷凝器来散热。通常,它与冷却塔结合使用。风冷式冷水机组利用周围的空气散发冷凝器的热量。两者的基本结构如图4所示。冷冻水精密空调使用单相电源,电压范围为200〜240Vac / 50Hz或200〜240Vac / 60Hz。使用UPS电源时,主要考虑主风扇电源要求。 3带有精密空调配置分析的UPS针对以上数据中心常用的直接扩展式精密空调和冷水型精密空调的分析,给出了配置UPS选择的基本建议。 (1)具有直接膨胀式精密空调配置的UPS的分析直接膨胀式空调系统包括风冷式直接膨胀系统和水冷式直接膨胀系统。不同之处在于室外冷凝器的散热方法。当前,在直接膨胀式精密空调行业中,室内机的涡旋压缩机主要使用涡旋压缩机进行可变容量调节。涡旋压缩机通常使用数字涡旋技术,交流变频技术三种技术的比较如表3所示:从性能和可靠性的角度来看,压缩机采用直流变频技术,其电动机具有较大的起动转矩,高效率(低损耗,高功率因数),精确的调速,高功率体积比,高可靠性和长使用寿命。该技术相对成熟稳定。相比之下,数字涡旋技术虽然具有长期的市场应用经验,但是速度范围狭窄,IPLV不如DC变频技术,并且不能完美匹配需要部分负载的高效数据中心散热。对于使用直流和交流变频技术的压缩机,最明显的区别是驱动技术:对于同步永磁交流电动机,它是直流变频;对于异步交流电动机,它是交流变频。尽管变频技术相同,但实际上交流变频和直流变频是两代产品。交流变频技术因其低能效和复杂的激励逻辑而已基本被直流变频技术所取代。因此,当前的主流压缩机供应商正在关注直流变频技术,以适应数据中心负载变化的节能需求趋势。从表4的比较分析可以看出,数字涡旋压缩机和变频压缩机的涌入电流有很大不同。当使用UPS进行直接膨胀的风冷精密空调配电时,需要考虑压缩机涌入电流的影响。以制冷量为35kW的风冷行级精密空调为例。制造商A使用数字涡旋压缩机,制造商B使用DC逆变器压缩机。整机启动电流的比较如图5所示。根据两家制造商A和B提供的技术参数并结合测试结果,使用数字涡旋压缩机的DX型精密空调具有以下特点:启动脉冲电流约为额定电流的5倍,而DX型精密压缩机使用直流变频压缩机时,空调的启动电流小于额定电流。风冷式直接膨胀式精密空调的室外机由风扇速度控制器(包括压缩机变频器),电气控制箱,冷凝器,机架和风扇组成。它的启动电流小于满载电流。使用UPS为风冷式冷凝器供电时,请考虑其额定满载电流。例如,在T1条件下(气候温和,环境温度为-20〜45℃),对于38kW风冷室外机,输入标准为380〜415Vac / 3Ph / 50或60Hz,满载电流为2.5 A如果功率因数为0.8,则室外机的功率适用于水冷直接膨胀型。如果使用数字涡旋压缩机的室内精密空调需要考虑冲击电流的5倍,而使用变频压缩技术的精密空调,则由于变频压缩机的启动电流小于其额定电流,因此UPS需要考虑其额定功率,根据GB / T50174-2008的冗余设计原则,可以考虑1.2倍的冗余系数。对于水冷式直接膨胀式冷却系统,由于冷却水泵和冷却塔的配置,冷却水泵具有定频水泵和变频水泵方案。冷却塔,具体的水泵方案和冷却塔要考虑风扇的类型。 (2)冷水式精密空调的UPS配置分析根据Uptime对冷水式空调系统的连续冷却水平的定义,当UPS用于分配精密空调时,其主要应用是不间断冷却(Class A级和连续冷却(B级)两种情况,两者的区别在于是否设置了制冷箱,二次水是否冷冻水泵由UPS供电。如果整个空调系统都配备有用于冷库的冷库,并且同时将UPS用于冷水二次泵和终端空调,则它是A级不间断的冷却解决方案。配备了冷库,是B级冷却方案。在实际应用中,冷冻水存储系统的总体方案如图6所示。根据冷冻水存储系统的总体架构,并考虑到数据中心业务连续应用的需求和制冷系统的配置,您可以参考以下方案:解决方案之一是为整个制冷系统配置一个UPS系统,以及用于冷水空调系统的系统。有必要为冷水机组,冷却塔,一级和二级泵以及精密级配置UPS系统。空调器可保持整个制冷系统不间断运行。由于此方案成本高昂,因此很少在实际项目中使用。 (2)方案二:在冷水系统中,为精密空调风机和二次泵配置一台UPS,并增加一个冷水箱以在冷水循环系统中储存冷水。当没有恢复电源或电源中断并且无法暂时启动冷机时,通过冷水箱和泵的循环水提供冷源,并通过以下方式维持室内空调循环:精密空调风扇可为机房环境提供不间断的冷却。与选项1相比,此解决方案在成本性能方面具有更多优势。以上两种方案都可以满足UptimeClass A不间断的冷却标准。 ③解决方法三:在冷水系统中,为精密空调风扇和辅助泵配置UPS,但不配置冷库。当电源中断或机械冷却失败时,精密空调风扇可保持机房中的空气流通,并且