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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: 2019-11-04 6:40:06 * 浏览: 19
随着高密度IT机柜在数据中心机房中的广泛应用,为了保证数据中心业务的持续运行,对精密空调的持续制冷需求越来越迫切,并且需要对制冷进行保护。受到用户的广泛重视,作为业务保证设备的UPS是否可以保护精密空调的关键,本文试图就这些问题提供一些见解。 1精密空调供配电面临的挑战近年来,随着云服务和移动互联网服务的迅猛发展,数据中心已开始向高密度和巨型化发展,数据中心IT机柜的功率密度已逐渐提高。不断增加。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的2kW /机柜到目前的5kW /机柜,10kW /机柜甚至20kW /机柜,数据室允许空气流通。空调停止运行时间已成为分钟的级别,空调设备在几分钟内短时间停止冷却,这可能导致IT设备的高温停机,并且损失难以估计。 (1)数据中心高密度需求表1是2014年运营商机架密度和停机时间的对比表。可以看出,机架密度达到5kW /机柜后,一旦空调停止运行,机柜仅持续4分钟。停机时间以及随着机柜密度的增加,持续时间将缩短。因此,即使在电源故障后由UPS支持负载,即使延长了备用电池时间,也没有任何意义。 (2)机房连续冷却的正常运行时间要求在正常运行时间的Tier级标准中,数据机房的连续冷却分为三级,对于功率密度为4kW / kW的大功率数据机房,建议进行连续冷却。内阁及以上。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作为精密空调的负荷的意义为了解决空调的配电问题,比较普遍的方案是:使用柴油发电机为IT设备和空调提供电源。但是,油机需要一定的时间才能启动。以前的数据要求在当今的高密度数据中心中,加油机必须在4分钟内启动,这显然是有风险的。人们自然会考虑使用UPS为精密空调供电,以确保切断主电源或柴油发电机无法正常启动。精密空调使用UPS进行配电,可以保证数据中心机房持续制冷的业务需求:1在配备柴油发电机的情况下,当柴油发电机无法工作时,可以防止精密空调的连续冷却。正常启动。防止设备因高温停机而造成业务中断。 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场景,使用UPS进行精确的空调分配可确保持续的制冷需求。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浪涌电流非常大。因此,在用于精密空调的UPS电源方案中,如何选择合适的UPS容量成为关键问题。 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,从末端布置来看,主要有近端制冷的线级空调和远程制冷的机房空调两种。有直接膨胀和冷冻水冷却两种方式。数据中心的常用制冷系统如图1所示。(1)供配电特性的直膨式精密空调系统直膨式空调系统的工作原理:通过制冷压缩机将气态制冷剂压缩。进入高温高压状态,在冷凝器中冷凝,转化为高温高压。冷却后,液体的制冷剂通过节流装置(也称为膨胀阀)减压,在蒸发器中蒸发,转化为低温低压气体,吸收外围设备的热量以降低环境温度。冷藏的目的。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操作,必须为它们分别配备一个强制对流风扇,并将蒸发器和冷凝器安装在两个不同的室内和室外外壳(也称为室内机)中。和室外机)。 。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至415 Vac / 50 Hz,380至415 Vac / 60 Hz和440至480 Vac / 60 Hz 。启动空调系统时,通常首先要启动室内机(风扇,控制系统等),然后启动室外冷凝器,然后再启动制冷压缩机。图3是风冷精密空调的功率分配图。从配电架构与启动顺序的组合来看,在考虑UPS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的应用(单柜功率密度超过5 kW),机房的热密度相应提高,新一代对绿色数据中心的要求较低。 PUE值需要一种更节能的冷却方法来为机房提供冷却解决方案,而冷冻水冷却更适合下一代数据中心的冷却需求。冷水式精密空调利用冷水机组产生低温冷水,由冷水泵驱动,将冷水通过水管送至数据室的冷水式终端空调。 ,然后空调风扇驱动室内的空气流过冷冻水盘的表面。降低温度,冷却IT设备,将冷水预热后,从管道返回冷却器的蒸发器,再次冷却并循环。可以看出,在关闭设备电源的情况下,只要冷冻水泵和终端空调能保证供电,仍可保证机房内的冷空气循环。作为蒸气压缩式制冷的装置,根据冷凝器的散热方式不同,可将冷水机分为水冷冷水机和风冷冷水机。水冷式冷却器使用冷却水为冷凝器散热。它通常与冷却塔结合使用。风冷式冷水机组利用周围的空气散发冷凝器的热量。两者的基本组成如图4所示。冷冻水型精密空调由单相电源供电。电压范围是200-240Vac / 50Hz或200-240Vac / 60Hz。使用UPS电源时,主要考虑端风扇的电源要求。 3具有精密空调配置的UPS的分析对于以上数据中心目前常用的直接扩展式精密空调和冷冻水精密空调的分析,给出了UPS配置的基本建议。 (1)具有直接膨胀式精密空调系统的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式不同。当前,在直接膨胀精密空调行业中,室内机的制冷压缩机主要使用涡旋压缩机进行可变容量调节。 SC辊式压缩机通常使用数字涡旋技术,交流变频技术和直流变频技术来实现可变容量调节。三种技术的比较如表3所示:在性能和可靠性方面,采用直流变频技术的压缩机,电动机的启动转矩大,效率高(损耗小,功率因数高),调速精度高,功率体积比高,可靠性高,使用寿命长,技术成熟稳定。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频率转换技术好,并且不能完全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:使用同步永磁交流电动机,它是直流变频,使用异步交流电动机,它是交流变频。尽管它也是一种变频技术,但实际上,交流变频和直流变频是两代产品。由于低能效和复杂的励磁逻辑,交流变频基本上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节能需求的总体趋势。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的不同。当UPS用于直接膨胀式风冷精密空调时,应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,A制造商采用数字涡旋压缩机,B制造商采用直流变频压缩机。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,结合测试结果,使用数字涡旋压缩机的DX型精密空调具有启动脉冲电流约为额定电流的5倍,并且使用直流变频压缩机的DX型精度高。空调,其启动电流小于额定电流。风冷直接膨胀式精密空调的室外机由风扇调速器(包括压缩机变频器),电控箱,冷凝器,机架和风扇组成,且起动电流小于满负荷。负载电流。使用UPS为风冷冷凝器供电时,请考虑其额定满载电流。例如,假设在T1条件下(温带气候,环境温度为-20〜45°C),对于38kW风冷室外机,输入系统为380〜415Vac / 3Ph / 50或60Hz,满载电流为2.5A如果功率因数为0.8,则室外机电源为水冷直接膨胀型。如果使用数字涡旋压缩机的室内精密空调,应考虑冲击电流的5倍的影响,对于使用变频压缩技术的精密空调,由于变频压缩机的启动电流小于其额定电流当前,UPS应根据GB / T50174-2008的冗余设计原则考虑其额定功率,并考虑1.2倍的冗余系数。对于水冷式和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。冷却塔中有一个相应的风扇,该风扇需要基于特定的泵方案和冷却塔。考虑风扇的类型。 (2)带冷水式精密空调的UPS配置分析根据Uptime对冷水式空调系统连续冷却等级的定义,考虑到UPS用于精密空调配电,其主要应用是不间断冷却(A级) )和持续冷却(Class B level)两种情况,两者之间的区别在于是否要设置制冷箱,冷冻水二次泵是否由UPS供电。如果整个空调系统都装有一个用于储冷的储冷罐,而冷水二次泵和终端空调均由UPS供电,则它是A级不间断的冷却方案。如果仅通过UPS为冷水二次泵和终端空调提供动力,则没有冷水箱的配置为B级冷却方案。在实际应用中,冷冻水存储系统的总体方案架构如图6所示。根据冷冻水存储系统的总体结构,并考虑到数据中心业务持续应用的需求和数据中心的配置。制冷系统,可以参考以下解决方案:1方案1为整个制冷系统,冷冻水空调系统配置UPS系统为制冷机,冷却塔,一级和二级泵配置UPS系统和精密空调,以确保整个制冷系统不间断运行。由于此解决方案成本高昂,因此很少在实际项目中使用。 2选项2在冷冻水系统中,UPS配置为用于精密空调风扇和辅助泵,并且冷冻水存储在冷冻水循环系统中。在无法恢复电源中断或电源中断导致冷机暂时无法启动的时间内,通过冷水箱和泵循环水供应冷水,精密空调风扇保持室内冷空气循环,为机房环境提供不间断的冷却。与第一种选择相比,该解决方案在成本性能方面具有优势。以上两种解决方案都可以达到UptimeClass A类不间断的冷却标准。 3选项3在冷冻水系统中,UPS配置为用于精密空调风扇和辅助泵,但不提供冷库。当电源中断或机械冷却故障时,精密空调风扇可保持机房中的空气流通,并且