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数据中心能源白皮书 07 —— 如何为数据中心精密空调选择合适的UPS

来源:机房360 作者:华为技术有限公司 赖兆泽 更新时间:2015-9-1 17:17:40

摘要:随着高密度IT机柜在数据中心机房地广泛应用,为保障数据中心业务的连续运行,精密空调的持续制冷需求变得越来越迫切,对制冷加强保护得到了用户的广泛重视,而作为关键业务保障设备的UPS,是否可以为精密空调带来保护,本文试图就这些问题给出一些见解。

  根据A、B厂家提供的技术参数并结合测试结果,采用数码涡旋压缩机的DX型精密空调,其启动冲击电流约为额定电流的5倍;而采用直流变频压缩机的DX型精密空调,其启动电流小于额定电流。测试结果如下表:

  

表5 典型DX型精密空调启动电流对比

  风冷直膨式精密空调的室外机由风机转速控制器(含压缩机变频器)、电控盒、冷凝器、机架和风机等组成,其启动电流小于满载电流,当考虑采用UPS给风冷冷凝器供电,需考虑其额定满载电流即可。

  例如,假设在T1工况(温带气候,环境温度在-20~45℃),对于散热量为38kW风冷室外机,其输入制式为380-415Vac/3Ph/50或60Hz,满载电流为2.5A,功率因数取0.8,则室外机功率为

 

  对水冷直膨式而言,若采用数码涡旋压缩机的室内精密空调,需考虑5倍冲击电流的影响;而对采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,因此UPS需考虑其额定电功率,并根据GB/T50174-2008的冗余设计原则,考虑1.2倍的冗余系数即可。

  对水冷直膨式的冷却系统,由于配置了冷却水泵和冷却塔,冷却水泵有定频水泵和变频水泵方案,对冷却塔内又有对应的风机,需根据具体的水泵方案和冷却塔内的风机类型进行考虑。

  4 .2、UPS带冷冻水型精密空调配置分析

  根据Uptime对冷冻水型空调系统作出的关于连续制冷级别的定义,考虑UPS给精密空调配电时,其主要应用在不间断制冷(Class A级别)和连续制冷(Class B级别)两种场景,两者的区别在于是否设置制冷罐,冷冻水二次泵是否采用UPS供电。若整体空调系统设置蓄冷灌进行蓄冷,同时冷冻水二次泵、末端空调采用UPS供电,则为Class A级别的不间断制冷方案;若仅对冷冻水二次泵、末端空调采用UPS供电,并无配置蓄冷灌,则为Class B级别的制冷方案。在实际应用中,冷冻水型蓄冷系统的整体方案架构如下图6所示:

 

  图6 冷冻水型蓄冷系统整体架构

  根据冷冻水型蓄冷系统的整体架构,并考虑到数据中心业务连续应用的要求及制冷系统的配置,可参考以下几种方案设计:

  方案一:为整个制冷系统全部配置UPS系统,对于冷冻水空调系统,需对冷水机组、冷却塔、一、二次泵和精密空调都配置UPS系统,保持整套制冷系统不间断运行。但此方案代价高昂,在实际项目中极少被采用。

  方案二:在冷冻水系统中,为精密空调风机、二次泵配置UPS,并在冷冻水循环系统中增加蓄冷罐储备冷冻水。当电源中断未恢复或电源中断导致冷机暂无法启动期间,通过蓄冷罐和水泵循环水提供冷源,由精密空调风机维持室内冷气循环,为机房环境提供不间断制冷。相比于第一种方案,此方案在性价比方面更有优势。

  上述两种方案都可达到Uptime Class A级不间断制冷标准。

  方案三:在冷冻水系统中,为精密空调风机、二次泵配置UPS,但不配置蓄冷罐。电源中断或机械制冷故障时,精密空调风机维持机房内空气循环,并利用管道剩余冷冻水提供制冷,减缓机房快速升温。 此方案可满足Uptime Class B级连续制冷的标准,且方案性价比较有优势。

  4.3、末端空调采用UPS供电的配置建议

  不论是Uptime的A级制冷还是B级制冷,首选考虑对末端精密空调进行UPS配置。

  冷冻水型末端精密空调的主要部件为风机。在风机选取上,存在着AC风机和EC风机两种类型的末端空调。在实际应用中,由于EC电机为内置智能控制模块的直流无刷式免维护型电机,具有高智能、高节能、高效率、寿命长、振动小、噪声低以及可连续不间断工作等特点,可实现无级调速,能更好的匹配服务器风量,同时达到最大限度的节能效果,因此,绝大多数厂家的末端空调风机类型均选择EC风机。

  对于采用EC风机的末端精密空调,其启动冲击电流小于额定运行电流,因此在配置UPS时,主要考虑末端空调的满载运行功率。以某品牌30kW冷冻水型行级空调为例,其配置了8个风机,末端空调满载电流为5.5A,功率因素一般取0.8,则满在功率为:5.5*220*0.8≈1kW,考虑UPS的输出功因为0.9,并考虑1.2倍的冗余系数,在需要的UPS容量为1.2*1/0.9=1.3kVA。

  4.4、冷冻水二次泵采用UPS供电配电建议

  冷冻水二次泵是冷冻水型空调系统的另一个关键部件,在考虑持续制冷时需考虑采用UPS进行供电。

  根据冷冻水二次泵的选取主要由安装位置、空间及承压,结合管路水流量及扬程来选取,但从电性能角度而言,有定频水泵和变频水泵两种考虑,取决于实际项目中采用的水泵类型。考虑UPS对冷冻水二次泵供电而言,一般地,对于定频水泵,需考虑其启动冲击电流,考虑5倍的冲击电流;而对变频水泵而言,需考虑一定的冗余系数即可,一般取1.2倍。

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