De koelunit wordt een chiller genoemd en vormt een belangrijk onderdeel van het airconditioningsysteem van een datacenter. Het koelmiddel is doorgaans water. De koeling van de condensor wordt gerealiseerd door warmte-uitwisseling en koeling van water op normale temperatuur, vandaar dat het ook wel een watergekoelde unit wordt genoemd. Datacenters hebben een grote behoefte aan koelcapaciteit en een betere energie-efficiëntie kan worden bereikt door te kiezen voor een centrifugaalkoeler. In dit artikel wordt specifiek met de chiller een centrifugaalkoeler bedoeld.
De centrifugaalkoelcompressor is een compressor met roterende snelheid. Via de zuigleiding wordt het te comprimeren gas naar de inlaat van de waaier geleid. Het gas roteert met hoge snelheid mee met de waaier onder invloed van de waaierbladen. Het gas verricht arbeid, waardoor de snelheid toeneemt. Vervolgens wordt het gas via de uitlaat van de waaier naar buiten gezogen en in de diffusorkamer gebracht. Omdat het gas met een hoge snelheid uit de waaier stroomt, is een diffusor met een geleidelijk vergrote stroomdoorsnede geïnstalleerd om deze snelheid om te zetten in drukenergie en de druk van het gas te verhogen. Nadat het gediffundeerde gas in de spiraalvormige behuizing is opgevangen, komt het in de condensor van de unit terecht voor condensatie. Dit proces is het compressieprincipe van de centrifugaalcompressor, zoals weergegeven in figuur 1. Om de koude te condenseren en af te voeren, omvat het airconditioningsysteem bovendien een koelwatersysteem en een koudwatersysteem.
01
Samenstelling van de centrifugaalunit
De centrifugaalunit is als volgt opgebouwd: inclusief centrifugaalcompressor, verdamper, condensor, smoorklep, olietoevoerinrichting, schakelkast, enz., zoals weergegeven in figuur 2 en figuur 3. De compressor bestaat hoofdzakelijk uit een zuigkamer, een waaier, een diffusor, een bocht en een terugstroominrichting, en een spiraalhuis.
Kenmerken van de centrifugaalunit
De kenmerken van de grote centrifuge-eenheid zijn als volgt:
1. Grote koelcapaciteit. Omdat de aanzuigcapaciteit van de centrifugaalcompressor niet te klein mag zijn, is de koelcapaciteit van een centrifugaalcompressor relatief groot. De compacte structuur, het lichte gewicht en de kleine afmetingen zorgen ervoor dat de compressor weinig ruimte inneemt. Bij dezelfde koelcapaciteit weegt een centrifugaalcompressor slechts 1/5 tot 1/8 van een zuigercompressor, en hoe groter de koelcapaciteit, hoe duidelijker dit verschil is.
2. Minder slijtagegevoelige onderdelen en hoge betrouwbaarheid. Centrifugaalcompressoren slijten vrijwel niet tijdens gebruik, waardoor ze duurzaam zijn en lage onderhouds- en bedrijfskosten hebben.
3. Het compressiegedeelte in de centrifugaalcompressor maakt gebruik van een roterende beweging en de radiale kracht is in evenwicht, waardoor de werking stabiel is, de trillingen gering zijn en er geen speciale trillingsdempingsinrichting nodig is.
4. Het koelvermogen kan economisch worden aangepast. Centrifugaalcompressoren kunnen methoden zoals het afstellen van de geleideschoepen gebruiken om het vermogen binnen een bepaald bereik te regelen.
5. Het is eenvoudig om meertrapscompressie en -regeling te implementeren, en het maakt de werking van dezelfde koelkast met meerdere verdampingstemperaturen mogelijk.
Veelvoorkomende defecten van koelinstallaties
Tijdens de bouw en inbedrijfstelling van een datacenter kunnen zich problemen voordoen, en ook tijdens de werking kunnen er storingen optreden. De afhandeling van deze problemen en storingen is essentieel voor de veiligheid van de werking en het onderhoud van het datacenter. Hieronder volgen enkele voorbeelden van situaties die zich hebben voorgedaan tijdens de bouw en inbedrijfstelling van datacenters. De relevante verwerkingsmethoden en ervaringen dienen slechts ter referentie.
01
Geen laadfoutopsporing
【Probleemfenomeen】
Een datacenter moet de koelinstallatie debuggen en testen, maar de installatie van de airconditioningsapparatuur is nog niet voltooid en de locatie beschikt ook niet over de benodigde dummy load, waardoor de inbedrijfstelling niet kan plaatsvinden.
【Probleemanalyse】
Nadat de centrifuge-unit in het datacenter is geïnstalleerd, maar de terminalapparatuur in de computerruimte nog niet is geplaatst, is het vrieswaterkanaal bij de terminals verstopt en kan de koelmachine niet worden getest. De belasting is te laag om de ondergrens van de koelmachine te bereiken, waardoor de testwerkzaamheden niet kunnen worden uitgevoerd. Bovendien kan de serverapparatuur in de hoofdcomputerruimte niet worden ingeschakeld en gebruikt, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat. Tijdens het testproces is bovendien een dummy load nodig met een enorm hoog vermogen, wat een hoog stroomverbruik tot gevolg heeft. Al deze factoren leiden tot problemen bij het testen van de koelmachine.
【Probleem opgelost】
Gebruik de onbelaste testmethode voor het debuggen. Bij dit proces wordt de warmteoverdrachtscapaciteit van de koelplaat optimaal benut. De door de verdamper van de koelkast gegenereerde koude wordt via de koelplaat naar de condensor geleid, en de door de condensor afgegeven warmte wordt via de koelplaat terug naar de verdamper geleid. Hierdoor wordt een perfecte afstemming bereikt tussen het koelvermogen van de koelkast en de warmtebelasting. De koeltoren onttrekt in dit geval alleen het asvermogen van de compressor. Met deze methode is het eenvoudig om een uitgebreide prestatietest onder verschillende belastingen uit te voeren. De watercirculatie tijdens het vervangen en debuggen van de koelplaat is weergegeven in figuur 4.
De stappen voor het debuggen van het systeem zijn in principe als volgt:
1. Open de bypassklep in de subcollector en zorg ervoor dat de waterdoorgang vrij is, zodat er circulatie ontstaat wanneer de eindairconditioner niet is geïnstalleerd;
2. Open de koeler aan de gekoeldewaterzijde en de platenwarmtewisselaarklep volledig om ervoor te zorgen dat de waterstroom tussen de koeler en de platenwarmtewisselaar soepel verloopt en dat het door de koeler aangezogen koude water en de door de platenwarmtewisselaar teruggevoerde warmte goed gemengd kunnen worden; schakel de gekoeldewaterpomp in en stel de frequentie handmatig in op 45 Hz of hoger, en zorg ervoor dat de watercirculatie normaal verloopt;
3. Open de koelwaterklep van de koelmachine volledig, open de klep aan de koelwaterzijde van het paneel gedeeltelijk en schakel de koelwaterpomp in om een normale watercirculatie te garanderen. Stel de pompfrequentie in op 41-45 Hz; schakel de koeltorenventilator niet eerst in;
4. Schakel de koelmachine in onder normale omstandigheden met gekoeld water en koelvloeistof, en voer een proefbedrijf uit waarbij de machine zelfstandig draait;
5. De temperatuur van het koelwater in de koelmachine begint te stijgen en het gekoelde water begint af te koelen;
6. Stel de warmteoverdrachtscapaciteit van de platenwarmtewisselaar in op basis van de opening van de koelwaterklep van de platenwarmtewisselaar, en stel de klepopening in tussen 1/4 en volledig open;
7. Schakel de ventilator van de koeltoren gedeeltelijk in, afhankelijk van de temperatuur van het koelwater, tot het punt waarop de compressor minder vermogen hoeft te leveren.
【Ervaring】
Om het energieverbruik te verlagen en rekening te houden met natuurlijke koeling, worden datacenters over het algemeen ontworpen met een koeltoren in combinatie met een platenwarmtewisselaar. Tijdens de inbedrijfstelling kan de warmteoverdrachtscapaciteit van de platenwarmtewisselaar worden gebruikt om voldoende warmte van de condensor van de koelmachine te verkrijgen als warmtebelasting voor de inbedrijfstelling van de koelmachine; met andere woorden, de door de koelmachine gegenereerde koude wordt door de platenwarmtewisselaar afgevoerd.
Het principe van debuggen zonder belasting is om optimaal gebruik te maken van de warmteoverdrachtscapaciteit van de platenwarmtewisselaar. De door de verdamper van de koelkast gegenereerde koude wordt via de platenwarmtewisselaar naar de condensor afgevoerd, en de door de condensor afgegeven warmte wordt via de platenwarmtewisselaar terug naar de verdamper afgevoerd. Op deze manier wordt de koelcapaciteit afgestemd op de warmtebelasting van de koelkast. Deze methode is eenvoudig te bedienen en gemakkelijk te implementeren.
Geplaatst op: 15 februari 2023
