蓄冷裝置(蓄冰或蓄水)可在供冷中斷時當(dāng)作應(yīng)急冷源用，對于大型數(shù)據(jù)中心來說采用蓄冰裝置作應(yīng)急冷源更為合適，可節(jié)省蓄冷裝置的體積和系統(tǒng)投資，目前動態(tài)制冰、外融冰盤管、冰球都可以作為數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源。

應(yīng)急冷源對蓄冰系統(tǒng)的特殊要求

數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源的放冷時間通常都很短，最短需要在十幾分鐘內(nèi)將冰融光，最長也只有幾小時。需要根據(jù)項目情況定制相應(yīng)的快速融冰盤管。

在設(shè)計時需要考慮多種情況，并對不同工況進行數(shù)據(jù)復(fù)核，以確保蓄冰裝置內(nèi)任何時候都有足量的冰。

蓄冰裝置

應(yīng)急冷源對蓄冰裝置一般通過增加蓄冰裝置的換熱面積來提高融冰速度。另外，采用直接接觸式的融冰裝置，也可以大幅提高融冰速度。用于應(yīng)急冷源的外融冰盤管是增加了換熱面積的直接接觸式產(chǎn)品，通常稱之為快速融冰盤管，用以區(qū)別于常規(guī)的外融冰盤管。

快 速融冰盤管的換熱面積是由融冰時間和融冰溫度共同決定的。盤管的換熱面積與融冰時間成反比，融冰時間越短，能融掉的冰厚度越小，盤管就需要較大的換熱面積 來降低結(jié)冰厚度，故在設(shè)計快速融冰盤管時，首先要考慮融冰時間對換熱面積的影響。融冰溫度對融冰速度也有較大影響，如果應(yīng)急冷源可接受較高的融冰溫度，其 融冰速度會更快，相同時間內(nèi)融掉的冰厚度就更大，這樣可增加結(jié)冰厚度，減少盤管的換熱面積。

快速融冰盤管的換熱面積較大、結(jié)冰厚度較小，理論上可減少盤管內(nèi)管間距，縮小盤管的體積，理想的快速融冰盤管與常規(guī)盤管的結(jié)冰情況比較見圖1。

快 速融冰盤管一般會通過增加結(jié)冰厚度來擴展蓄冰量，這樣可將快速融冰盤管內(nèi)本來被浪費的空間利用起來，而備用冷源也正好需要配置更大的蓄冰量來保證其在任何 情況下都有足夠的冰量可用。備用冷源在實際使用時會碰到如下幾種情況：1)長時間待機不用，蓄冰裝置會因散熱損失部分蓄冰量;2)連續(xù)供冷中斷，蓄冰裝置 剛供完冷，蓄冰未完成又要再次供冷;3)供冷時間意外延長。

增加冰槽蓄冰量時不能完全依靠備用冰槽，因為備用冰槽需要定期恢復(fù)冰量，在恢復(fù)冰量時，需要將備用冰槽內(nèi)的冰融光再重新蓄滿，如果在備用冰槽恢復(fù)冰量期間需要緊急供冷，備用冰槽是無法投入使用的。

需要注意的是，增加結(jié)冰厚度時，不可以改變盤管的換熱面積，這樣盤管的成本和融冰速度就不會受到影響。

蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計

確定盤管的融冰速度

在 進行此類系統(tǒng)的設(shè)計時，盤管廠家首先需要根據(jù)項目要求來選定一款快速融冰盤管，快速融冰盤管的融冰速度和融冰溫度是核心指標，盤管需要配置足夠的換熱面積 來優(yōu)先滿足這2個指標。在計算盤管換熱面積時，主要依靠盤管融冰溫度的實驗室數(shù)據(jù)，而無法依靠電腦選型軟件，這是因為選型軟件一般都是以1h為單位來計算 的，經(jīng)過特殊授權(quán)也最多能實現(xiàn)以15min為單位的計算數(shù)據(jù)，但這個時間間隔對于快速融冰盤管來說太長了。

快速融冰盤管的換熱面積主要根據(jù)與其融冰速度相同的標準盤管來確定。數(shù)據(jù)中心項目會將標準盤管1h融光所有冰作為基準速度設(shè)計快速融冰盤管，并借用標準盤管的1h融冰曲線。

快速融冰盤管的基本設(shè)計思路是：換熱面積相同的盤管在同樣的融冰速度下，其融冰曲線一樣，只是融冰時間越短，融掉的冰量越少，盤管的結(jié)冰厚度也越小。

在確定了盤管的換熱面積和融冰溫度以后，可用電腦選型軟件計算調(diào)節(jié)過盤管間距和冰厚度的盤管的數(shù)據(jù)?？焖偃诒P管只是在管間距與冰厚度上與常規(guī)盤管不同，常規(guī)盤管的選型軟件可以用于計算快速融冰盤管的制冰過程。

蓄冰裝置的散熱

作為備用冷源的蓄冰裝置會向環(huán)境散熱，導(dǎo)致其內(nèi)蓄冰量減少，故蓄冰系統(tǒng)需要定期恢復(fù)裝置的蓄冰量。這種恢復(fù)工作的間隔時間每個項目都不一樣，一般是在項目完成后根據(jù)實際情況確定，在設(shè)計時可先按每天1%左右估算冰槽散熱損失。

在 恢復(fù)蓄冰量時不可以直接對冰槽充冷，而需要先將冰融光后再充。這是因為散熱融冰極不均勻，外圍的冰會先融，如果沒有將冰槽內(nèi)的冰融光就直接制冰，會導(dǎo)致冰 槽結(jié)冰不均勻。這種不均勻的狀態(tài)多次累積會造成嚴重的問題。對有冰橋的盤管直接充冷，還會造成過度結(jié)冰并擠壓盤管，導(dǎo)致盤管泄漏的問題出現(xiàn)。

冰 槽恢復(fù)冰量時需要先將其內(nèi)的冰融光，為確保蓄冰裝置內(nèi)有足夠的冰量一直處于備用狀態(tài)，一般會配備用冰槽。有時會采用兩套獨立的蓄冰槽互為備用，這樣可在一 套冰槽內(nèi)有足量的冰可用的情況下，對另一個冰槽進行恢復(fù)冰量的工作，這種系統(tǒng)的投資相對較高而較少采用。比較經(jīng)濟的方式是只備用部分冰槽，通過輪換的方式 來恢復(fù)所有冰槽的蓄冰量，比如冰槽可設(shè)計成三用一備。

冰槽在緊急供冷后可直接充冷而不需要把冰融光。在充冷完成以后，冰槽內(nèi)有足夠冰量可應(yīng)付供冷中斷，再讓冰槽輪流進行冰量的恢復(fù)工作(融光/重蓄)，可消除前面直接充冷的負面影響。

蓄冰時間確定

常 規(guī)蓄冰系統(tǒng)的蓄冰時間主要是根據(jù)低谷電價時段來定的(一般為8h)，但應(yīng)急冷源一般都希望盡快恢復(fù)冰量，緊急供冷后不會等到低谷電再蓄冰。應(yīng)急冷源制冰主 機的容量一般都配置得比較大，可按4～6h左右的蓄冰時間先選出1臺蓄冰主機，然后再根據(jù)所選的主機設(shè)計冰槽，在設(shè)計冰槽時如發(fā)現(xiàn)問題再調(diào)整主機容量或蓄 冰時間。

蓄冰溫度與管內(nèi)流速的校核

冰槽廠家在設(shè)計冰槽的時候，首先要校核盤管內(nèi)的乙 二醇最低流速(保證湍流)。有的系統(tǒng)只備用部分冰槽，在對備用冰槽恢復(fù)冰量(融光/重蓄)時，只有部分冰槽投入工作。整個系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇都流入這部分冰 槽，其內(nèi)的乙二醇流量和流速都會提高，同時蓄冰溫度也變低，在設(shè)計冰槽時需要校核對備用冰槽充冷時的管內(nèi)乙二醇流速是否過高、蓄冰溫度是否過低。如果快速 融冰盤管在設(shè)計時采用了增加冰厚度來延長冰槽供冷時間，在校核其蓄冰溫度時，應(yīng)采用增加結(jié)冰厚度后的盤管計算。

某數(shù)據(jù)中心蓄冰系統(tǒng)設(shè)計案例

項目概況

某 數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源需要3693kW.h(1050rt.h)的蓄冰量，融冰時間為15min，冰槽的出口溫度約為4～4.5℃。設(shè)計了8臺 510kW.h(145rt.h)的盤管，總蓄冷量為4080kW.h(1160rt.h)，8臺盤管分別放置在2組冰槽內(nèi)，再考慮備用1組冰槽，這樣共 配了12臺510kW?h(145rt.h)的盤管，布置在3組冰槽內(nèi)，具體的冰槽布置見圖3。

延長蓄冰時間的考慮

該 項目的盤管結(jié)冰較薄，有很多空間被浪費，考慮通過增加冰厚度來延長供冷時間到30min。這樣單臺盤管的蓄冰量可達到 1020kW.h(290rt.h)，12臺盤管總蓄冰量達到12240kW.h(3480rt.h)，增加結(jié)冰厚度后，盤管換熱面積不變，體積略有增 加。

主機配置

配置1臺制冰量為615kW(175rt)的制冰主機，制冰溫度-6℃，乙二醇流量為63L/s。制冰初期，制冰溫度為-3℃，此時的實際制冰量約為693kW(197rt)。

蓄冰數(shù)據(jù)計算

緊 急供冷情況下，3組冰槽(包括備用盤管)會同時放冷，15min內(nèi)只能融掉部分冰量，冰槽內(nèi)還有8553kW?h(2432rt.h)的蓄冰量。在此基礎(chǔ) 上直接充冷到完全充滿(蓄冰量為增加結(jié)冰厚度以后的容量12240kW.h(3480rt.h))，最低制冰溫度為-3.1℃，制冷時間為5.3h，其具 體數(shù)據(jù)如表1所示。

在長期待機過程中，需要定期為備用冰槽恢復(fù)蓄冰量。先將其中1組冰槽內(nèi)的冰融光，再重新充冷，到完全充滿冰(增加結(jié)冰厚度后的蓄冰量)，這時制冰溫度更低一些，達到-5.9℃左右，充冷時間為6.3h，其數(shù)據(jù)如表2所示。

系 統(tǒng)示意圖如圖4所示，系統(tǒng)運行時需要考慮緊急供冷和定期恢復(fù)冰量2種工作模式。蓄冰裝置分3組布置(二用一備)，每組蓄冰裝置的乙二醇管路上都裝有電動兩 通閥，可在充冷時選擇對所有盤管充冷(緊急供冷后)或者對部分盤管充冷(恢復(fù)冰量)。每組盤管的冰水管路上也裝有電動兩通閥，以便恢復(fù)冰量時，選擇其中1 組冰槽將其內(nèi)的冰融光。

系統(tǒng)中需要設(shè)置1個板式換熱器將通往冰槽的冰水與通向末端的冷水隔離，這是因為冰槽內(nèi)的冰水為開式循環(huán)，直接與外界環(huán)境接觸，有變臟的風(fēng)險。

為確保系統(tǒng)的供冷能力不會受到設(shè)備維護或損壞的影響，除了需要配置備用板式換熱器外，乙二醇泵與冰水泵都各設(shè)一組備用泵，制冰機組需要采用雙壓縮機雙回路的螺桿機。