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備及附屬閥門、配管、傳感器等相關附件組成的蓄存冷量的裝置。
在《JGJ158-2008蓄冷空調(diào)工程技術規(guī)程》中列舉了7條宜設置蓄冷空調(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)中心宜設置蓄冷設施”，并在條文說明中闡明了蓄冷設施應用于數(shù)據(jù)中心的兩個作用：“在兩路電源切換時，冷水機組需重新啟動，此時空調(diào)冷源由蓄冷裝置提供；供電中斷時，電子信息設備由不間斷電源系統(tǒng)設備供電，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)中心必須設計不間斷制冷系統(tǒng)（Continuous Cooling），同時建議無論何種等級，當單機柜密度超過4kW時，也應當考慮不間斷制冷。綜合上述規(guī)范及設計院現(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，在機電系統(tǒng)設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組；三是水蓄冷系統(tǒng)結構簡單，運行簡便，易于操作，故障率低。
數(shù)據(jù)中心蓄冷裝置供應冷凍水的時間不應小于不間斷電源設備的供電時間，而國標規(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)的核心設備，為了提高水槽的蓄冷能力并滿足供冷時負荷需求，提高水蓄冷的效率，應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，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，如設計合理，蓄冷效率可達85%~90%。
圖1 斜溫層
水蓄冷的應用形式可分為：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。此方案響應速度快，但是冷凍循環(huán)水一直需要經(jīng)過水管，增加了設備能耗，同時設備承壓，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《蓄冷技術在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中的應用探討》中作者對蓄冷系統(tǒng)的節(jié)能運用進行了初探，提出了在數(shù)據(jù)中心剛開始投入運行，設備負載只有不到設計負荷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組發(fā)生喘振的可能，從而保護冷水機組。
隨著大型數(shù)據(jù)中心基礎設施構架設計的不斷優(yōu)化與完善，水蓄冷空調(diào)已經(jīng)作為水系統(tǒng)重要的應急冷源而被廣泛應用。無論哪種蓄冷方式、運行模式及控制策略，都有其相適用的應用環(huán)境。前期方案設計階段和數(shù)據(jù)中心測試驗證階段都需對制冷空調(diào)系統(tǒng)能否應對可能的突發(fā)狀況進行全年考量，以滿足數(shù)據(jù)中心相應的設計等級要求，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)得到應用。