数据中心备用发电机组冷却系统.docx

数据中心备用发电机组冷却系统一、柴油发电机组冷却系统设计的必要性 柴油发动机工作时，燃油在燃烧室内燃烧产生大量的热量，使气缸内气体温度高达1800以上，因此，柴油发电机组要正常发电，就必须设计有效的冷却系统，及时冷却发动机的缸套以及润滑油和增压空气，以免活塞、气缸套、气缸盖等关键部件高温损坏；图1进一步显示，备用机组带载运行时，大小约为机组输出功率71.43%的燃烧热需要冷却系统从发动机本体带出，因此，数据中心备用电源系统要按其装机容量正常发电，就必须在项目前期规划过程中考虑备用电源的机房设计，并在备用机组选型时根据环境温度、机房最大容许进风量等用户环境条件，确定机组最合适的冷却系统设计方案，以确保机组发电过程中20%40%的燃烧热量能有效带出冷却，否则备用电源系统无法满足用户环境下负载的启动运行需求。图1 柴油发电机组工作时能量动态平衡二、柴油发电机组冷却系统的有效设计数据中心柴油发电机组的冷却系统，可分为联机式冷却系统和远置式冷却系统，其中联机式冷却系统即一体式冷却系统，在机组的开发阶段验证定型，可靠性和冷却效率都很高，性价比高且现场安装简单，故障率低且故障处理容易，但对机房的进风量要求大，机组运行时水箱/散热器风扇噪声大；远置式冷却系统即分体式冷却系统，其水箱/散热器远置于发电机房外，冷却系统具体方案在机房设计阶段定型，属于客户化设计，故可靠性和冷却效率都比较低，且现场安装复杂，故障率高且故障处理难度大，但机组运行对机房的进风量要求较小，机组运行时机房内噪声较小。数据中心备用电源的冷却方式，即柴油发电机组采用何种冷却系统，受制于机组发动机进气方式，应在备用机组选型和机房土建规划时确定。如果备用发电机组采用涡轮增压空空中冷，则只能采用联机式冷却系统；如果机组采用涡轮增压单泵双循环空水中冷，则建议采用联机式冷却系统；如果备用机组采用其它进气方式，且机房满足所有机组满载运行的进风量需求，则机组应当优先采用联机式冷却系统，但如果机房需要进一步降噪，则可以考虑采用远置式冷却系统；如果机房进风量无法通过土建规划设计满足机组满载运行的进风量需求，则必须采用远置式冷却系统，此时不能选用涡轮增压空空中冷的备用机组，也不建议选用涡轮增压单泵双循环空水中冷机组。备用电源采用联机式冷却方式时，机房设计不需要考虑冷却系统设计，直接使用机组联机式冷却系统即可，但机房的进风量，一定得按用户环境（海拔高度和环境温度）下备用系统满载运行时的总进风量需求设计；备用电源采用远置式冷却方式时，安装于机房外的水箱/散热器与机组的相对位置，决定备用电源系统采用如下哪种冷却系统设计方案。图2 水箱散热器直接远置的冷却系统水箱/散热器直接远置。当需要水箱/散热器远置，且水箱/散热器与机组的相对位置不超过发动机的静压头要求和摩擦压头要求时，可直接将水箱/散热器远置，参考图2进行冷却系统设计，但涡轮增压单泵双循环空水中冷机组不宜采用该冷却系统。需要附加冷却水泵的冷却系统。当需要水箱/散热器远置，且水箱/散热器与机组的相对位置不超过发动机的静压头要求但超过其摩擦压头要求时，可参考图3，在冷却系统中安装附加冷却水泵克服摩擦阻力偏差，以便冷却液在冷却系统中正常流动。附加冷却水泵的选型主要依据上述摩擦阻力偏差。涡轮增压单泵双循环空水中冷机组不宜采用该冷却系统。图3 附加冷却水泵的冷却系统采用热交换器远置水箱/散热器的冷却系统。当需要水箱/散热器远置，且水箱/散热器与机组的相对位置，既超过发动机的静压头要求也超过其摩擦压头要求时，可参考图4，采用热交换器远置水箱/散热器的冷却系统。热交换器的位置主要受制于发动机的驱动能力，可如图所示直接将热交换器装配在发动机本体上或安装在机组附近，热交换器机组侧一次冷却系统与水箱/散热器侧二次冷却系统互相独立，机组侧冷却系统流量等于发动机冷却流量，水箱/散热器侧冷却流量，即二次侧冷却驱动水泵的流量，应在确保热交换器二次侧冷却液出口温度小于热交换器最高容许温度的前提下，从热交换器有效带出发动机传递给冷却系统的热量，送远置水箱/散热器冷却。图4 采用热交换器远置水箱散热器的冷却系统采用热交换器远置水箱/散热器设计冷却系统时，如果水箱/散热器由于环境温度等缘故冷却效果不理想，可以考虑用冷却塔代替水箱/散热器，但冷却塔方案不宜用在冬天结冰或湿度低的用户现场，也不适用于灰尘大及风沙多发地区。用户环境容许时可以设计引自来水冷却热交换器，寒冷地区也可设计热回收系统，用二次冷却水的热量生产生活热水或预热建筑物新风，水源比较丰富的地区，也可考虑直接用河水、湖水作为热交换器器的二次冷却水，但采用该方案时热交换器易于结垢而降低热交换效率，故需要根据用户现场具体情况确定定期清洗的频率。图5 采用热交换器远置水箱散热器的冷却系统采用热井远置水箱/散热器的冷却系统。需要水箱/散热器远置，且水箱/散热器与机组的相对位置，既超过发动机的静压头要求也超过其摩擦压头要求时，也可参考图5，采用热井远置水箱/散热器的冷却系统，热井的位置受制于发动机的驱动能力，水箱侧冷却回路附加冷却水泵的选型需考虑水箱/散热器的安装位置，热井的最小容量，应包括运行时充满冷却水管和水箱/散热器而停机时流回热井的冷却液容量，以及热井确保运行时有效热交换的最小容量，该最小容量一般取冷却系统总容量的5%，加上热井两边冷却回路流量之和的四分之一。采用热井远置水箱/散热器的冷却系统，热井两边的冷却回路实际上属于同一个密闭的冷却系统，发动机传递给冷却系统的热量，最终需要