O equipamento de refrigeração, também conhecido como chiller, é uma parte importante do sistema de ar condicionado de um data center. O fluido refrigerante é geralmente água, também chamada de chiller. O resfriamento do condensador é realizado por meio da troca de calor e resfriamento da água à temperatura ambiente, sendo por isso também conhecido como unidade resfriada a água. Data centers têm uma grande demanda por capacidade de refrigeração, e uma melhor eficiência energética pode ser obtida com a escolha de uma unidade centrífuga. O chiller mencionado neste artigo refere-se especificamente à unidade centrífuga.
O compressor centrífugo de refrigeração é um compressor de rotação. O gás a ser comprimido é introduzido na entrada do rotor através de um tubo de sucção. O gás gira em alta velocidade com o rotor, sob a ação das pás deste. O gás realiza trabalho, sua velocidade aumenta e, em seguida, é expelido pela saída do rotor, sendo introduzido na câmara difusora. Como o gás sai do rotor com alta velocidade, para converter essa velocidade em energia de pressão, um difusor com seção de fluxo gradualmente ampliada é instalado para aumentar a pressão do gás. Após ser coletado na voluta, o gás difuso entra no condensador da unidade para condensação. O processo descrito acima é o princípio da compressão centrífuga, conforme ilustrado na Figura 1. Além disso, para condensar e remover o frio, o sistema de ar condicionado inclui um sistema de água de resfriamento e um sistema de água gelada.
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Composição da unidade centrífuga
A composição da unidade centrífuga é a seguinte: incluindo compressor centrífugo, evaporador, condensador, orifício de estrangulamento, dispositivo de alimentação de óleo, painel de controle, etc., conforme mostrado nas Figuras 2 e 3. O compressor é composto principalmente por uma câmara de sucção, um rotor, um difusor, uma curva e um dispositivo de refluxo, além de uma voluta.
Características da unidade centrífuga
As características da unidade de centrífuga de grande porte são as seguintes:
1. Grande capacidade de refrigeração. Como a capacidade de sucção do compressor centrífugo não pode ser muito pequena, a capacidade de refrigeração de uma única unidade desse compressor é relativamente grande. Sua estrutura compacta, leve e de tamanho reduzido fazem com que ocupe uma área pequena. Com a mesma capacidade de refrigeração, o peso do compressor centrífugo é apenas 1/5 a 1/8 do peso de um compressor de pistão, e quanto maior a capacidade de refrigeração, mais evidente essa diferença.
2. Menos peças de desgaste e alta confiabilidade. Os compressores centrífugos praticamente não apresentam desgaste durante a operação, sendo, portanto, duráveis e com baixos custos de manutenção e operação.
3. A parte de compressão no compressor centrífugo realiza um movimento rotativo, e a força radial é equilibrada, portanto a operação é estável, a vibração é pequena e não é necessário nenhum dispositivo especial de redução de vibração.
4. A capacidade de refrigeração pode ser ajustada de forma econômica. Os compressores centrífugos podem utilizar métodos como o ajuste das palhetas guia para regular a energia dentro de uma determinada faixa.
5. É fácil implementar compressão e estrangulamento em múltiplos estágios, e pode realizar a operação do mesmo refrigerador com múltiplas temperaturas de evaporação.
Defeitos comuns em chillers
Os equipamentos de refrigeração podem apresentar alguns problemas durante a construção e o comissionamento, e falhas também podem ocorrer durante a operação. O tratamento desses problemas e falhas está diretamente relacionado à segurança da operação e manutenção do data center. A seguir, apresentamos alguns casos ocorridos durante a construção e operação de equipamentos de refrigeração. Os métodos de processamento e as experiências relevantes são apenas para referência.
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Depuração sem carga
【Fenômeno problemático】
Um centro de dados precisa depurar e testar o chiller, mas a instalação do equipamento de ar condicionado do terminal ainda não foi concluída, e o local também não possui a carga fictícia necessária, portanto, o trabalho de comissionamento não pode ser realizado.
【Análise do problema】
Após a instalação da unidade de centrífuga no data center, os equipamentos terminais na sala de computadores ainda não foram instalados, o canal de água gelada nos terminais está bloqueado e o chiller não pode ser testado. A carga é muito pequena para atingir o limite inferior do chiller, impossibilitando a realização dos testes. Além disso, como o chiller ainda não foi testado, os servidores na sala principal de computadores não podem ser ligados e operados, criando um ciclo vicioso. Ademais, durante o processo de teste, a potência da carga fictícia necessária é muito alta, o que consome muita energia. Todos esses fatores dificultam o teste do chiller.
【Problema resolvido】
Utilize o método de depuração sem carga. Este processo visa aproveitar ao máximo a capacidade de troca de calor da torre de resfriamento, transferindo o frio gerado pelo evaporador do refrigerador para o condensador através da torre, e o calor liberado pelo condensador de volta para o evaporador também através da torre. Dessa forma, obtém-se uma correspondência completa entre a capacidade de refrigeração do refrigerador e a carga térmica, e a torre de resfriamento consome apenas a potência do eixo do compressor. Utilizando este método, é fácil realizar testes de desempenho abrangentes sob diferentes cargas. O circuito de circulação de água para a troca e depuração da torre de resfriamento é mostrado na Figura 4.
As etapas de depuração do sistema são basicamente as seguintes:
1. Abra a válvula de bypass no coletor secundário e certifique-se de que o fluxo de água esteja desobstruído para permitir a circulação quando o ar condicionado do terminal não estiver instalado;
2. Abra completamente o chiller no lado da água gelada e a válvula do trocador de placas para garantir que a passagem de água entre o chiller e o trocador de placas seja suave e que a água fria aspirada pelo chiller e o calor retornado pelo trocador de placas possam se misturar perfeitamente; ligue normalmente a bomba de água gelada e ajuste manualmente a frequência para 45 Hz ou mais, e certifique-se de que a circulação de água esteja normal;
3. Abra completamente a válvula de água de refrigeração do chiller, abra parcialmente a válvula do lado da água de refrigeração do painel de substituição e ligue a bomba de água de refrigeração para garantir a circulação normal da água. Ajuste a frequência da bomba para 41-45 Hz; não ligue o ventilador da torre de resfriamento primeiro;
4. Em condições normais de água gelada e água de resfriamento, ligue o chiller e realize um teste de operação autônomo;
5. A temperatura da água de refrigeração do chiller começa a subir e a água gelada começa a esfriar;
6. Ajuste a capacidade de transferência de calor do trocador de placas de acordo com a abertura da válvula de água de resfriamento do trocador de placas, ajustando a abertura da válvula entre 1/4 e totalmente aberta;
7. Ligue parcialmente o ventilador da torre de resfriamento de acordo com a temperatura da água de resfriamento, sempre que possível, para reduzir a potência no eixo do compressor.
【Experiência】
Para reduzir o consumo de energia e considerar o resfriamento natural, os data centers são geralmente projetados com a tecnologia de torre de resfriamento + trocador de calor de placas. Durante o comissionamento, a capacidade de troca de calor do trocador de calor de placas pode ser utilizada para obter calor suficiente do condensador do chiller, suprindo a carga térmica necessária para o comissionamento deste. Ou seja, o frio gerado pelo chiller é dissipado pelo trocador de calor de placas.
O princípio da depuração sem carga consiste em aproveitar ao máximo a capacidade de troca de calor do trocador de placas, transferindo o frio gerado pelo evaporador do refrigerador para o lado do condensador através do trocador de placas e, em seguida, transferindo o calor liberado pelo condensador de volta para o evaporador também através do trocador de placas. Dessa forma, é possível atingir o equilíbrio entre a capacidade de refrigeração e a carga térmica do refrigerador. Este método é simples de operar e fácil de implementar.
Data da publicação: 15 de fevereiro de 2023
