1、數(shù)據(jù)中心對于蓄冷系統(tǒng)的要求蓄冷系統(tǒng)顧名思義是將冷量以顯熱、潛熱的形式蓄存在某種介質(zhì)中，并能夠在需要時釋放冷量的空調(diào)系統(tǒng)。通常我們提到的蓄冷裝置是指由蓄冷設(shè)備及附屬閥門、配管、傳感器等相關(guān)附件組成的蓄存冷量的裝置。
在《JGJ158-2008蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程》中列舉了7條宜設(shè)置蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的條件，數(shù)據(jù)中心因其連續(xù)制冷的需求，滿足“要求備用制冷量的空調(diào)工程”這一情形。
《GB50174-2017 數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》明確指出“采用冷凍水空調(diào)系統(tǒng)的A級數(shù)據(jù)中心宜設(shè)置蓄冷設(shè)施”，并在條文說明中闡明了蓄冷設(shè)施應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的兩個作用：“在兩路電源切換時，冷水機(jī)組需重新啟動，此時空調(diào)冷源由蓄冷裝置提供；供電中斷時，電子信息設(shè)備由不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備供電，此時空調(diào)冷源也由蓄冷裝置提供?！薄?/span>
《Accredited Tier Designer Technical Paper Series:?Continuous Cooling》一文中指出Tier IV等級的數(shù)據(jù)中心必須設(shè)計不間斷制冷系統(tǒng)（Continuous Cooling），同時建議無論何種等級，當(dāng)單機(jī)柜密度超過4kW時，也應(yīng)當(dāng)考慮不間斷制冷。綜合上述規(guī)范及設(shè)計院現(xiàn)行經(jīng)驗做法，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)大幅度提高了數(shù)據(jù)中心的可靠性，在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計中有舉足輕重的地位。
蓄冷系統(tǒng)根據(jù)其常用蓄冷介質(zhì)不同可分為水蓄冷、冰蓄冷。水蓄冷系統(tǒng)有單位體積蓄冷量小，冷槽體積龐大，冷損耗大等缺點，盡管如此，水蓄冷系統(tǒng)因其如下優(yōu)勢依舊在數(shù)據(jù)中心得到廣泛應(yīng)用。一、水蓄冷蓄冷溫度與冷凍水供水溫度接近，放冷速度快，即需即供，無時間延遲；二是水蓄冷因所需蒸發(fā)溫度高，故較冰蓄冷耗電量低，運行費用低，且也無需選用雙工況機(jī)組；三是水蓄冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行簡便，易于操作，故障率低。
數(shù)據(jù)中心蓄冷裝置供應(yīng)冷凍水的時間不應(yīng)小于不間斷電源設(shè)備的供電時間，而國標(biāo)規(guī)定的A級數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)電池最少備用時間為15min。故方案設(shè)計時，按滿足空調(diào)系統(tǒng)15分鐘運行要求計算。
蓄冷罐運行時，蓄冷量計算為：
式中 Q總—總蓄冷量，kWh；
Q—制冷量，kW；
h—蓄冷時間，一般蓄冷時間取值為15min；
系統(tǒng)需要的蓄冷水量可按下列公式計算：
式中V—系統(tǒng)需要的蓄冷水量，m3；
Q總—總蓄冷量，kWh；
?t—釋冷回水溫度與蓄冷進(jìn)水溫度間溫度差，取5~7℃；
ρ—蓄冷水密度，取1000kg/m3；
CP—冷水的比熱容，取4.18kJ/(kg·℃)
FOM—蓄冷水槽的完善度，取94%；
η—蓄冷水槽的體積利用率，取95%。
蓄冷水槽是蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的核心設(shè)備，為了提高水槽的蓄冷能力并滿足供冷時負(fù)荷需求，提高水蓄冷的效率，應(yīng)該綜合考慮蓄冷罐的形狀、高徑比、充放冷的水流速度，盡可能最大限度防止儲存的冷水與回流熱水的混合。為了實現(xiàn)這一目的，目前常有以下四種方法：“自然分層蓄冷”、“多罐式蓄冷”、“迷宮式蓄冷”、“隔膜式蓄冷”。其中第一種蓄冷方式最簡單、有效和經(jīng)濟(jì)，也是數(shù)據(jù)中心工程中最多采用的形式。
自然分層蓄冷在充冷時，冷水由底部散流器進(jìn)入蓄水罐，熱水從頂部排出；放冷時，水流方向相反，冷水由底部接入供水干管。這樣使得冷水向下運動，熱水向上運動，從而實現(xiàn)冷熱水溫度過度分層，又稱斜溫層，如圖1。斜溫層厚度是一個影響冷熱分層和蓄冷效果的重要因素，如設(shè)計合理，蓄冷效率可達(dá)85%~90%。
圖1 斜溫層
水蓄冷的應(yīng)用形式可分為：閉式承壓蓄冷罐模式和開式蓄冷罐蓄冷模式。在早期數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，閉式蓄冷罐串聯(lián)接入主要用于空調(diào)系統(tǒng)的容災(zāi)備份，蓄冷罐內(nèi)的冷水持續(xù)流動以保證隨時保有備用的蓄冷量供應(yīng)。此方案響應(yīng)速度快，但是冷凍循環(huán)水一直需要經(jīng)過水管，增加了設(shè)備能耗，同時設(shè)備承壓，也增加的初投資，如圖2所示。開式蓄冷罐蓄冷模式，并聯(lián)接入，蓄冷罐既作為負(fù)荷末端，也作為供冷源。此方案需要比運行溫度更低的蓄冷溫度，蓄冷體積小，系統(tǒng)并聯(lián)也方便維修。圖3為開式蓄冷罐在數(shù)據(jù)中心的典型應(yīng)用。
圖2 閉式蓄冷罐蓄冷模式
圖3 ?開式蓄冷罐蓄冷模式
由于水蓄冷空調(diào)具有削峰填谷的功能，因此整個系統(tǒng)可以考慮節(jié)能運行模式。在文獻(xiàn)《蓄冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討》中作者對蓄冷系統(tǒng)的節(jié)能運用進(jìn)行了初探，提出了在數(shù)據(jù)中心剛開始投入運行，設(shè)備負(fù)載只有不到設(shè)計負(fù)荷20%時，蓄冷系統(tǒng)夜間利用低谷電蓄冷，白天利用蓄冷罐放冷的運行模式，由于方案設(shè)計有兩路獨立供冷水系統(tǒng)（各有一套蓄水系統(tǒng)），此種運行模式既保障了可靠性，也節(jié)約了一定的運行費用。同時，由于運行初期負(fù)荷較低，水蓄冷系統(tǒng)作為替代冷源還可以有效減少離心機(jī)組發(fā)生喘振的可能，從而保護(hù)冷水機(jī)組。
隨著大型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架設(shè)計的不斷優(yōu)化與完善，水蓄冷空調(diào)已經(jīng)作為水系統(tǒng)重要的應(yīng)急冷源而被廣泛應(yīng)用。無論哪種蓄冷方式、運行模式及控制策略，都有其相適用的應(yīng)用環(huán)境。前期方案設(shè)計階段和數(shù)據(jù)中心測試驗證階段都需對制冷空調(diào)系統(tǒng)能否應(yīng)對可能的突發(fā)狀況進(jìn)行全年考量，以滿足數(shù)據(jù)中心相應(yīng)的設(shè)計等級要求，并確保在故障發(fā)生時，蓄冷系統(tǒng)能及時投入循環(huán)系統(tǒng)得到應(yīng)用。