数据中心水冷冷水机组分类和选择.docx

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数据中心水冷冷水机组分类和选择

数据中心水冷冷水机组分类和选择

数据中心用水冷冷水机组主假如离心式和螺杆式冷水机组。

一、离心式水冷机组

离心式水冷机组示例

1、离心式冷水机组特色：

（1）离心式冷水机组属大冷量冷水机组，它有以下特

点：

压缩机输肚量大，单体制冷量大，构造紧凑，单位制冷

量重量小；

性能系数高；

叶轮作旋转运动，运行安稳，振动小，噪声较低；

在较大的冷量范围内能较经济地实现无级调理；

在低负荷时会发生喘振。

（2）离心式冷水机组的构成

构成离心式冷水机组的零件中，主要零件是离心压缩机，其余主要协助设施比方换热设施、润滑油系统等均有自己特色。

（3）压缩机

离心式压缩机，有单级压缩也有采纳2级或3多级压缩方式。

离心制冷压缩机一般由入口调理装置、

级压缩的

叶轮、

扩压器、蜗室、增速齿轮装置构成；某些离心制冷压缩机采纳电机直接驱动的技术没有增速齿轮，多级压缩方式的离心制冷压缩机在每级的扩压器后边还有弯道和回流界，以指引气流进入下一级。

离心式水冷机组压缩机示例

（4）蒸发器和冷凝器

大多半别心式冷水机组的蒸发器、冷凝器均为卧式管壳式构造，制冷剂都在壳侧流动。

蒸发器、冷凝器换热成效的利害对机组的能耗、重量和尺寸影响极大。

就光管而言，管外制冷剂侧的表面传热系数远低于管内水侧的表面传热系数。

提升制冷剂侧传热管表面面传热成效的主要方法有两种：

一是经过在管表面面喷涂金属颗粒或经过机械加工在管表面面形成翅片以增大管表面面的传热面积；二是经过改良管外去面翅片的形状以改良表面传热，提升表面传热系数。

比方，使冷凝管表面面加工成锯齿肋，使管表面面形成的冷凝液膜易于形成珠状很快滴下，不致覆盖在冷凝管表面面形成新的热阻，进而提升了冷凝换热系数。

又如，将蒸发管外

表面按制冷剂核态沸腾特征设计，使冷媒蒸发气泡连续生成，防止沸腾气泡被再冷凝，同时气泡在上涨过程中又加大了对制冷剂液的扰动，进而提升表面传热系数。

当前，好多的传热管表面面传热系数已经达到或超出管内的表面传热系数，有的为了进一步提升管内侧的表面传热系数，甚至在管内壁上加工出了翅片。

因为传热管技术的进步。

此刻蒸发温度与冷水出水温度之差逐渐减少，蒸发温度的提升使压缩机的压缩比降低，减少了耗功，也减小了换热器的尺寸和重量。

在蒸发器的上部装有挡液网，以防备蒸发飞溅的制冷剂液滴直接被压缩机吸入。

常用的蒸发器的型式有满液式/降膜式，换热方式是液

态冷媒在壳体内与铜管内的载冷剂进行换热，换热效率高。

（5）节流装置

将冷凝器底部积蓄的高压、常温制冷剂液体节流降压为低压、低温的制冷剂液体进入蒸发器内蒸发制冷。

主要有孔板式、浮球阀、膨胀阀等种类。

常用的节流装置有孔板式-利用蒸发器和冷凝器两头压差调理孔板开度调整冷媒流量，热力膨胀阀TXV-依赖过热器，经过膨胀阀感温包内冷媒的蒸发调理冷媒流量，外均衡式使用许多。

（6）润滑油系统

润滑油系统由油泵、油冷却器、油过滤器及调理阀门等构成，向压缩机、齿轮轴、主电动机轴的轴承和齿轮的啮合面供油润滑、冷却。

因为离心式冷水机组的构造日益紧凑，其油泵一般为内置式，淹没于油箱中；油泵电机因为要与溶解有制冷剂的润滑油直接接触，其绕组的绝缘资料也应与制冷剂相容。

油冷却器一般为板式换热器，利用制冷剂液体在板式换热器中蒸发的汽化潜热冷却润滑油，所以尺寸小，也内置于压缩机机壳内，便于蒸发后的制冷剂蒸气返回压缩

机。

油过滤器的过滤精度要求很高（一般为10～15μm），其安装地点应尽量凑近供油口，为实时发现过滤器被杂质拥塞，机组运行中应监督过滤镜前后的压力差。

在离心制冷压缩机中，油箱也处于制冷剂环境中，润滑油与制冷剂是互溶的，且温度越低，制冷剂在油中的溶解度越大。

润滑油中溶有制冷剂后其粘度要降低，直接影响启动机遇组正常供油压力的成立。

为此，在油箱中都设有一组供机组停机阶段加热润滑油的电加热器。

（7）离心式冷水机组的控制系统

离心式冷水机组的控制系统已相当完美，多半采纳微型计算机，配以靠谱的参数传感器、变送器，对机组运前进行

控制、调理、保护。

对单台机组，可随时显示运行中的冷水出入口温度、冷却水出入口温度、蒸发压力、冷凝压力、供油温度、供油压力、压缩机排气温度、导叶开度百分比、主电动机电流、累计运行时间、启动次数等参数；对运行中发

生故障可早先发出警示、指出故障名称，并有故障诊疗系统，提示产生故障的几种可能原由。

每台机组的基本安全保护功

能有：

冷凝压力过高、供油压力过低、供油温度过高、蒸发压力过低、冷水出水温度过低、冷水断水、主电动机电流过

大、主电动机绕组温度过高、主电动机再次启动延时保护等。

运行中可依据热负荷的变化，在保证冷水出口温度必定的情

况下，自动调克制冷量，以保持室内空气参数恒定。

别的还

备有远程通信接口，与楼宇自动化控制系统（BA）联接，对冷水机组推行远程遥控。

总之，靠谱的冷水机组配置先进的自动化控制系统，能够使离心式冷水机组安全、靠谱、经济地全自动化运行。

（8）磁悬浮制冷压缩机

跟着电子技术、控制工程、信号办理元器件、电磁理论及新式电磁资料的发展和转子动力学的进展，最近几年来磁悬浮技术获得了长足的发展。

磁悬浮是利用磁性“同性相斥，异性相吸”的原理，在轴承的转子和定子间加上相应的电磁场，经过控制电磁场，使之处于相对“悬浮”状态。

磁悬浮系统，它是由转子、传感器、控制器和履行器

4

部分构成，此中履行器包含电磁铁和功率放大器两部分。

磁悬浮轴承是一种利用磁场，使转子悬浮起来，进而在旋转时不会产活力械接触，不会产活力械磨擦，不再需要机械轴承以及机械轴承所必要的润滑系统。

在制冷压缩机中使用磁悬浮轴承，全部因为润滑油而带来的烦忧就不再存在了。

磁悬浮制冷压缩机正是应用了磁悬浮轴承技术。

磁悬浮离心压缩机外观图

磁悬浮压缩机主要构成部分

磁悬浮压缩机主要构成部分由铝合金精细锻造的压缩机机体、两级压缩的离心叶轮、永磁体资料制成的一体化电动机转子和驱动轴、永磁同步电动机、电磁轴承、可调理的

入口导流叶片、AC/DC电源变换系统、电磁轴承控制系统和软启动控制系统等。

磁悬浮压缩机采纳磁悬浮数控轴承和高性能传感器,它利用稀土永磁体和电磁体间产生的强力磁场来实现对压

缩机轴的悬浮。

在运行时受磁力的作用,轴被悬浮起来,不

与轴承接触,保证在运行时轴与转子精准定位。

同时,轴承不需要润滑油,防止了一般压缩机内部复杂的润滑油系统,大大提升了机组靠谱性。

因为整个制冷系统中没有润滑油循

环,热互换器表面没有润滑油热阻,提升了换热器传热效率,也提升了机组能效。

磁悬浮离心式压缩机的叶轮、电机转子安设在一条轴上,两头被支承在轴承上。

在起动时,变频电机将转速慢慢高升,

依赖磁力的作用,将轴向上调起,旋转的轴与轴承离开。

摩擦功减低到很小。

因此降低了压缩机耗费在轴与轴承间的摩擦功率。

磁悬浮离心压缩机原理表示图

磁悬浮制冷压缩机的特色：

因为采纳了直接驱动、多级压缩、变频等技术，使磁悬浮离心计的效率获得提升；

在部分负荷工况下磁悬浮压缩机比一般变频压缩机节

能；

轴承无需润滑油，可防止壳管式换热器中油膜覆盖在换热管上致使换热效率降落的影响，提升系统换热效率。

同时

也除去了油管理配件：

油热器，油泵，油分别器，油滤器等；

超轻的机身设计：

磁悬浮压缩机重量仅为传统压缩机的

1/5；

噪声低；

压缩机内部有大批电子设施（变频器+磁悬浮轴承控

制），压缩机转速约3~5万转/分钟，会影响整体靠谱性；往常5-8年内需要改换压缩机电容；

需选配谐波过滤器以达到＜5%TDDi的要求；

润滑油对离心计效率的影响不超出1-2%；

磁悬浮离心计相同需要冷媒泄漏检查、冷凝器冲洗、电气设施检查等其余惯例保护，并不是免保护。

二、螺杆式水冷机组

螺杆式冷水机组，往常由螺杆压缩机、冷凝器（水冷）、节流装置、蒸发器、经济器（可选）、油泵（开启式螺杆用）、控制箱、启动柜和管路阀门等构成，在生产厂组装成一个设施集成。

螺杆式压缩机按螺杆数目可分为双螺杆和单螺杆形式。

1、双螺杆压缩机

（1）双螺杆压缩机的构成

螺杆压缩机属于容积式压缩机，其工作容积是由一对相互平行搁置且相互啮合的转子（阴转子和阳转子）的齿槽与包含这一对转子的机壳所构成。

机器运行时二转子的齿相互

侵入对方齿槽，且跟着转子旋转侵入对方齿槽的齿向排气端挪动，使被对方齿所关闭的容积逐渐减小，压力渐渐提升，直至达到所要求的压力时，此齿槽方与排气口相通，实现了排气。

跟着压缩机运行，侵入齿槽的对方转子的齿向排气端挪动，使吸气容积不停扩大，压缩气体的容积不停减小，进而实现了在每个齿槽的吸气、压缩过程，当压缩气体在齿槽中气体压力达到所要求的排气压力时，这齿槽正好与排气孔口相通，开始了排气过程。

被对方转子的齿将齿槽分红的吸气容积和压缩容积的过程是循环往复的，进而实现压缩机的连续吸气、压缩和排气过程。

双螺杆压缩机工作过程表示

（2）双螺杆压缩机的能量调理方式

双螺杆压缩机宽泛采纳滑阀式能量增卸载机构，增卸载滑阀安装在气体缸内两个转子的侧面，靠油压活塞带动，使

其能够在平行主轴方向挪动，以调理吸入气体的数目。

往常分为有级和无级两种能量调理方式。

2、单螺杆压缩机

（1）单螺杆压缩机工作原理

单螺杆式压缩机是由一个圆柱形的螺杆与两个对称配置的平面星轮构成啮合副，装在主机壳内。

螺杆的螺槽、主机壳的内壁、星轮的齿面三者围成的空间构成了压缩机的工作容积。

电机直接带动螺杆轴转动，螺杆再带动星轮旋转。

气体由主机上的吸气口进入螺槽内，经压缩后再由主机壳上的排气孔排出。

主机壳上还开有喷液孔，将润滑油喷入工作容积内，起到密封、冷却和润滑的作用。

单螺杆压缩机构造见图。

单螺杆压缩机构造表示图

压缩过程：

吸气过程结束后，螺杆持续转动，跟着星轮齿沿着螺槽推动，关闭的工作容积渐渐减小，实现气体的压缩过程。

当工作容积与排气孔口连通时，压缩过程结束。

压缩过程表示图

排气过程：

工作容积与排气孔口连通后，跟着螺杆持续转动，被压缩气体由排气孔口输送至排气管道，直至齿离螺槽为止。

排气过程表示图

吸气、压缩和排气的过程循环往复，进而实现压缩机的连续工作过程。

3、螺杆压缩机特色：

（1）体积小重量轻，构造简单，零零件少;

（2）易损件少，无故障运行时间可达4～10万小时;

（3）运行安稳，振动小;

（4）适应性强。

螺杆压缩机拥有强迫输气的特色，容积流量几乎不受排气压力的影响，在广阔的范围内能保持较高效率，在压缩机构造不作任何改变的状况下，合用于多种工况;

（5）对液击不敏感，能够容忍必定程度的液压缩;

（6）往常单机可在25～100%之间无级能量调理;

（7）不存在低负荷喘振的问题；

（8）全寿命周期内冷量衰减不显然；

（9）油路系统及协助设施比较复杂；

（10）压缩机噪声较高；

（11）水冷螺杆式冷水机组用于数据中心拥有以下技术

优势：

（12）较高的靠谱性和稳固性;

（13）全负荷与部分负荷均有较高能效比;

（14）没有低负荷喘振问题;

（15）自动化程度高，操作保护方便，操作人员不用经过长时间的专业培训，可实现无人值守运行;

（16）备用性高，多压缩机设计，互为备用，提升了可

靠性;

（17）多压缩机逐台卸载启动，对电网冲击小。

三、数据中心冷源用水冷冷水机组的配置方法

水冷电动压缩式冷水机组的配置请参照下表，经性能价钱综合比较后确立种类。

冷水机组种类选择

冷水机组的选型应采纳名义工况制冷性能系数（COP）较高

的产品，并同时考虑满负荷和部分负荷要素，其性能系数应切合现行国家标准GB50189《公共建筑节能设计标准》以及其余有关标准的有关规定，并应优先采纳能效等级较高的节能型产品。

1、电动压缩式冷水机组电动机的供电方式应切合以下

规定：

（1）当单台电动机的额定输入功率大于1200kW时，应采纳高压供电方式；

（2）当单台电动机的额定输入功率大于900kW而小于或等于1200kW时，宜采纳高压供电方式；

（3）当单台电动机的额定输入功率大于650kW而小于或等于900kW时，可采纳高压供电方式。

2、进\出水温的变化以及负荷容量变化对冷水机组选型

的影响

冷水机组的名义工况的进\出水温为7\12oC，但此刻绝

大多半新建数据中心行业已经采纳更高的进\出水温（12\18oC）甚至更高，所以在选择冷水机组时需要综合考虑水温以及机组在部分负荷时的性能表现。

3、水冷冷水机组的配置方案应能适应负荷整年变化规

律，知足季节及部分负荷要求

机组不宜少于两台，且同种类机组不宜超出4台；当小

型工程仅设一台时，应选调理性能优秀的机型，并能知足建筑最低负荷的要求。

关于整年供冷负荷变化幅度较大的建

筑，冷水（热泵）机组的台数和容量的选择，应依据冷（热）负荷大小及变化规律确立，单台机组制冷量的大小应合理搭配，当单机容量调理下限的制冷量大于建筑物的最小负荷

时，可选一台适合最小负荷的冷水机组，在最小负荷时开启小型制冷系统知足使用要求，这类配置方案已在很多工程中获得很好的节能成效。

假如每台机组的装机容量相同，此时也能够采纳一台或多台变频调速机组的方式。

关于设计冷负荷大于528kW以上的公共建筑，机组设置不宜少于两台，除可提升安全靠谱性外，也可达到经济运行的目的。

因特别原由仅能设置一台时，应采纳靠谱性高，部分负荷能效高的机组。

有些项目的后期因为制冷机房的限制，可能在后期将小容量的离心计改换成大型机组。

4、关于实质项目中，经过合理的容量搭配选型，在运

行中经过控制技术手段，将机组使用过程中负荷率提升，可

以做到低投资成本和高效率的完满搭配。

水冷冷水机组的配置示例

数据中心的单位平米的热负荷远大于民用建筑，并且需

要整年制冷，适合采纳大容量、高效的制冷机组。

且因为很

多半据中心采纳分期建设以及内部服务器也有可能是分批

安装等原由，会造成建设早期的一段时间内没法达到设计容

量，早期建设可能只有整体规划设计容量的1/10，所以需要

依据详细的状况选择适合的配置方案。

并且实质运行时还需

要考虑与自然冷却的联合应用。