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制冷冷機(jī)為數(shù)據(jù)中心提供冷量，是保證數(shù)據(jù)中心安全有效運(yùn)行的核心，但是在實(shí)際冷機(jī)運(yùn)行過程中，常常會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)引起負(fù)載不均衡的問題，如果處理不當(dāng)，可能引起冷機(jī)停機(jī)，數(shù)據(jù)中心供冷中斷，威脅數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行。
某數(shù)據(jù)中心某時(shí)機(jī)負(fù)荷偏大問題的發(fā)現(xiàn)及解決回顧：
第一周
某數(shù)據(jù)中心3、4號(hào)冷機(jī)并聯(lián)運(yùn)行期間，4號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率比3號(hào)冷機(jī)高20%以上，且為持續(xù)現(xiàn)象。
第二周
某數(shù)據(jù)中心機(jī)切換到1、2號(hào)冷機(jī)之后，聯(lián)合冷機(jī)廠家對(duì)冷機(jī)冷凝器做了通炮（即拆開4號(hào)機(jī)的冷凝器端蓋板，清洗內(nèi)部的銅管水路）以及清洗了水路過濾器，確實(shí)發(fā)現(xiàn)有堵塞導(dǎo)致流量不足的情況，所以初步判斷是冷凝器側(cè)水流量不足導(dǎo)致的。
第三周
某數(shù)據(jù)中心冷機(jī)切換到3、4號(hào)冷機(jī)之后，發(fā)現(xiàn)清洗后的4號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率不僅沒有下降反而急劇上升，現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維人員檢查冷機(jī)冷卻系統(tǒng)側(cè)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)冷卻塔的塔頂水流分配頭部分堵塞，導(dǎo)致散熱效果偏差，導(dǎo)致負(fù)載相對(duì)來說偏大，基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維人員對(duì)其進(jìn)行了處理，而后開始3、4號(hào)冷機(jī)負(fù)載率逼近，幾日之后2臺(tái)冷機(jī)負(fù)載率趨于相同。
圖1 某數(shù)據(jù)中心某棟某月冷機(jī)負(fù)載變化圖
在實(shí)際的運(yùn)維過程中會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)冷機(jī)負(fù)載不均衡的現(xiàn)象，一般情況下并聯(lián)冷機(jī)的負(fù)載率相差10%-20%以內(nèi)都是在允許范圍之內(nèi)，對(duì)運(yùn)維影響不大。
造成并聯(lián)冷機(jī)負(fù)載不一現(xiàn)象的主要原因是冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)間不一樣以及冷機(jī)的超頻現(xiàn)象。在數(shù)據(jù)中心運(yùn)維過程中，為了保障數(shù)據(jù)中心安全有效不間斷運(yùn)行，冷機(jī)的配置至少為N+1，但是實(shí)際上往往由于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器是由少到多，不斷增加上架率，在這個(gè)過程中可能只需要部分冷機(jī)就能滿足整個(gè)數(shù)據(jù)中心的需求。
假設(shè)某數(shù)據(jù)中心常備4臺(tái)冷機(jī)（1號(hào)冷機(jī)、2號(hào)冷機(jī)、3號(hào)冷機(jī)、4號(hào)冷機(jī)），開啟2臺(tái)冷機(jī)就能保障數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行，單周開啟1號(hào)冷機(jī)和2號(hào)冷機(jī)，雙周開啟3號(hào)冷機(jī)、4號(hào)冷機(jī)，每周切換一次保障4臺(tái)冷機(jī)均衡運(yùn)行。
圖2 冷機(jī)負(fù)載率隨時(shí)間變化曲線
冷機(jī)切換邏輯順序：3號(hào)冷機(jī)啟動(dòng)——1、2、3號(hào)冷機(jī)并行一段時(shí)間——關(guān)閉1號(hào)冷機(jī)——開啟4號(hào)冷機(jī)——2、3、4號(hào)冷機(jī)并行一段時(shí)間——關(guān)閉2號(hào)冷機(jī)
從冷機(jī)負(fù)載率隨時(shí)間變化曲線圖上可以清晰的看到，3號(hào)冷機(jī)啟動(dòng)后其負(fù)載率迅速上升，1號(hào)和2號(hào)冷機(jī)負(fù)載率迅速下降；運(yùn)行一段時(shí)間后，關(guān)閉1號(hào)冷機(jī)，開啟4號(hào)冷機(jī)，同樣4號(hào)冷機(jī)啟動(dòng)后其負(fù)載率迅速上升；此過程：
Q=η1PC+η2PC+η3PC+η4PC
此后3、4號(hào)冷機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，由于 3、4號(hào)冷機(jī)是新開啟的冷機(jī)，為了滿足冷負(fù)荷需求，先開啟的3號(hào)冷機(jī)會(huì)發(fā)生超頻現(xiàn)象，4號(hào)冷機(jī)有可能也發(fā)生小幅度超頻現(xiàn)象；此過程：
Q＜η3PC+η4PC
最后，3、4號(hào)冷機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，由于開啟時(shí)間的先后有別再加上整個(gè)制冷系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)沿程阻力的影響，3號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率會(huì)略大于4號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率；此過程：
Q=η3PC+η4PC
| 符號(hào) | 物理意義 |
| η1 | 1號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率 |
| η2 | 2號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率 |
| η3 | 3號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率 |
| η4 | 4號(hào)冷機(jī)的負(fù)載率 |
| PC | 冷機(jī)制冷量 |
| Q | 數(shù)據(jù)中心需要的制冷量 |
圖3 公式符號(hào)含義
在實(shí)際的運(yùn)維過程中多臺(tái)冷機(jī)負(fù)載率相差20%以上，我們就要足夠重視，對(duì)整個(gè)并聯(lián)冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行巡查，找到負(fù)載不均衡原因，排除安全隱患。
首先，我們需要了解冷機(jī)系統(tǒng)的組成，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為之服務(wù)的冷熱源設(shè)備的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，因此需要多臺(tái)冷機(jī)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行才能滿足整個(gè)數(shù)據(jù)中心的制冷要求，整個(gè)并聯(lián)冷機(jī)系統(tǒng)組成如下：
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組成 |
功能 |
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并聯(lián)冷機(jī) |
制冷壓縮機(jī) |
制冷壓縮機(jī)從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞對(duì)其進(jìn)行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā)（吸熱）的制冷循環(huán) |
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冷凝器 |
冷卻水和制冷劑在冷凝器里進(jìn)行熱交換，冷卻水帶走制冷劑的熱量 |
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蒸發(fā)器 |
冷凍水和制冷劑在蒸發(fā)器里進(jìn)行熱交換，冷卻冷凍水回水 |
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冷凍水系統(tǒng) |
冷凍水供回水管路 |
為冷凍水在冷機(jī)與末端換熱器之間的流動(dòng)提供通道 |
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一次泵和二次泵系統(tǒng) |
滿足不同壓力不同負(fù)荷情況下冷凍水的流量需求 |
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冷凍水供回水旁通管 |
旁通管是為了解決空調(diào)端和冷水機(jī)組端的水量不一致而設(shè)置的 |
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末端換熱器 |
冷凍水通過末端換熱器為數(shù)據(jù)中心提供冷量 |
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冷卻水系統(tǒng) |
冷卻塔 |
從冷機(jī)流出的冷卻水中吸收熱量排放至大氣中，以降低冷卻水的水溫 |
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冷卻水供回水管路 |
為冷卻水在冷機(jī)與冷卻塔之間的流動(dòng)提供通道 |
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冷卻水泵 |
為冷卻水的流動(dòng)提供動(dòng)力 |
圖4 并聯(lián)冷機(jī)系統(tǒng)組成
并聯(lián)冷機(jī)負(fù)載嚴(yán)重不均衡現(xiàn)象：并聯(lián)冷機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行情況下負(fù)載率相30%以上，需要現(xiàn)場人員及時(shí)根據(jù)如下原因進(jìn)行排查。
| 序號(hào) |
現(xiàn)象 |
原因 |
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1 |
冷機(jī)型號(hào)不一 |
并聯(lián)冷機(jī)為不同型號(hào)冷機(jī)，壓縮機(jī)制冷功率不一，一般對(duì)制冷系統(tǒng)無影響，只需及時(shí)注意較小制冷功率冷機(jī)負(fù)載不要過小即可 |
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2 |
壓縮機(jī)油冷卻系統(tǒng)漏油 |
壓縮機(jī)油冷卻系統(tǒng)漏油是冷機(jī)負(fù)載率急劇上升的原因之一，壓縮機(jī)油冷卻系統(tǒng)漏油，油會(huì)進(jìn)入蒸發(fā)器或者冷凝器在換熱單元上產(chǎn)生一層油膜，大大增加換熱熱阻，使冷機(jī)的制冷或者冷卻效果下降，冷機(jī)負(fù)荷隨之急劇上升 |
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3 |
冷機(jī)冷卻水分布不均 |
1 冷卻塔和冷機(jī)一一對(duì)應(yīng)單獨(dú)連接的制冷系統(tǒng)：單個(gè)冷卻塔故障可能造成其對(duì)應(yīng)連接的冷機(jī)負(fù)載上升 2 常用的冷卻塔并聯(lián)制冷系統(tǒng)：流入/流出冷卻塔的冷卻水分流不均，使流出/流入冷機(jī)的冷卻水流量不均引起部分冷機(jī)負(fù)載率異常 |
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4 |
冷機(jī)冷凍水分布不均 |
1 冷凍系統(tǒng)側(cè)一次泵流量不一，造成進(jìn)入冷機(jī)的冷凍水流量不一，影響冷機(jī)負(fù)載率 2冷凍系統(tǒng)側(cè)供回水之間的旁通閥開度不一，造成進(jìn)入冷機(jī)的冷凍水流量不一，影響冷機(jī)負(fù)載率 |
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5 |
冷凝器側(cè)結(jié)垢 |
冷凝器內(nèi)制冷劑溫度一般在65℃以上，雖然冷卻水在進(jìn)出冷凝器時(shí)整體的最高溫度不超過35℃，但在冷凝器換熱單元中靠近65℃以上制冷劑的局部冷卻水由于溫度較高，會(huì)產(chǎn)生水垢等增加換熱熱阻，影響冷機(jī)的負(fù)載率 |
圖5 并聯(lián)冷機(jī)負(fù)載嚴(yán)重不均衡原因匯總
1、針對(duì)冷凝器結(jié)垢問題，建議今后冷機(jī)廠家維保時(shí)強(qiáng)化定期檢查冷凝器結(jié)垢現(xiàn)象；
2、針對(duì)冷卻塔頂水流分配頭部分堵塞問題，此現(xiàn)象便于檢查，建議今后基礎(chǔ)設(shè)施巡檢可以增加此項(xiàng)；
3、梳理冷機(jī)運(yùn)維中處理負(fù)載不均衡的流程文檔，并把冷機(jī)負(fù)載嚴(yán)重不均的各種原因及處理方式下發(fā)給運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，以便今后更加快捷的排查問題。
圖6 冷機(jī)冷凝器通炮現(xiàn)場
