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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: 2020-02-16 0:35:03 * 浏览: 7
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业务的飞速发展,数据中心已开始朝着高密度和巨型化的方向发展,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,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,并且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,机柜只持续4分钟。停机时间以及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,延长电池后备时间也是没有意义的。 (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标准中,数据机房的连续冷却分为三个级别。密度4kW /柜以上。表2给出了要求和相应的解决方案。(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,以确保在切断市电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,实现持续散热:①在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。为防止因设备过热停机而导致业务中断,②在由于空间限制和其他条件而无法安装柴油发电机的情况下,使用UPS为精密空调供电可确保持续冷却。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,在使用UPS为精密空调供电时,如何选择合适的UPS容量成为问题的关键。 2精密空调配电架构要求在当前精密空调的主流应用中,从末端布局来看,主要有近端制冷的行级空调和远程制冷的房间级空调两种。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,然后将其转换为高温高压液体会散发热量。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,转化为低温低压气体,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,必须为它们配备强制对流风扇,并将蒸发器和冷凝器安装在两个不同的室内和室外外壳(也称为室内和室外单元)中。 。直膨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。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)的使用越来越广泛,机房的热密度也相应增加。 ,而新一代绿色数据中心要求更低的PUE值要求采用更高能效的冷却方法来为机房提供冷却解决方案,而冷水冷却可以更好地满足新一代数据中心的需求冷却。冷水式精密空调使用冷水机组产生低温冷水,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。空调风扇带动室内的空气流过冷水盘表面。降低温度,冷却IT设备,冷却的水加热后,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,在关闭设备电源的情况下,只要冷冻水泵和终端空调能确保电源供应,仍可保证机舱内的冷空气循环。作为蒸汽压缩式制冷设备的冷冻机根据冷凝器的散热方式,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。通常与冷却塔一起使用。风冷式冷水机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。冷冻水型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供电时,主要考虑主风扇电源要求。带有精密空调配置分析的3UPS对于以上在数据中心常用的直接扩展精密空调和冷冻水精密空调的分析,请提供有关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,用于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,交流变频变频技术和直流变频技术实现可变容量调节。这三种的技术比较如表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不如直流变频技术好,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: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。虽然是相同的变频技术,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,交流变频已基本被直流变频技术取代。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型精密空调具有启动功能。向上的脉冲电流约为额定电流的5倍,而DX型精密压缩机则使用直流变频压缩机。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),电控箱,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,则室外机的功率用于水冷直接膨胀。如果使用数字涡旋压缩机的室内精密空调,则需要考虑冲击电流的5倍,而采用变频压缩技术的精密空调,因为变频压缩机的启动电流小于其在额定电流时,UPS需要考虑其额定电功率,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解决方案。冷却塔,则需要基于特定的水泵方案和冷却塔。考虑风扇的类型。 (2)冷水型精密空调的UPS配置分析根据Uptime对冷水型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制冷箱,无论冷水二次泵是否由UPS供电。如果整个空调系统都装有一个用于储冷的冷库,同时由UPS为冷水二次泵和终端空调提供动力,则它是A级不间断的冷却解决方案。二次水泵和终端空调均由UPS供电,不配备冷库,属于B级制冷方案。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架构,并考虑了数据中心业务连续应用的需求和制冷配置。系统,可以参考以下方案:方案①第一种方案是为整个制冷系统配置一个UPS系统,而对于冷水空调系统,则必须为冷水机组,冷却塔,一次和二次冷却系统配置UPS系统。二级泵和精密空调,以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存储冷水。在电源未恢复或电源中断且冷机暂时无法启动的期间,通过冷水箱和泵的循环水以及室内空调提供冷源精密空调风扇可保持循环,从而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