检查制冷系统常见的方法（如何保障数据中心制冷系统安全可靠）
检查制冷系统常见的方法（如何保障数据中心制冷系统安全可靠）热管多联系统近年也在数据中心项目推广应用，它主要是通过制冷剂相变，在室内侧可以通过热管列间、背板等形式，节能效率明显，这是氟侧自然冷却的演进路线。氟侧自然冷却，最早是风冷氟泵系统，在普通的风冷空调机组上加氟泵节能泵，实现节能运行，小型数据机房和电力机房应用较多。随着节能技术要求的提高，采用V型室外机，减少安装空间，在氟泵基础上采用变频技术，室内机、室外机采用一体式；全变频氟泵空调系统通过变频控制技术，室内外机一体化布置等技术优化，机组可侧面、顶面安装，模块布置，分期部署灵活。国内大型数据中心传统的制冷系统，还是以集中式的冷水系统为主，针对不同的气候条件，采用不同的节能方式。数据中心制冷系统形式的演进路线，首先看风侧演进路线，是从风冷冷水机组带自然冷却到直接新风冷却，再到间接蒸发冷却的演进。风侧自然冷却主要利用自然冷源，风冷冷水主机 自然冷却，最早部署在运营商和互联网公司的数据中心项目里，通
数据中心制冷系统及演进路线
根据CDCC调研的数据显示（数据采集到50个数据中心的样本，且已经有一定的运行年限），数据中心主机房的制冷方式，采用冷冻水制冷的占比58.8%，采用风冷系统的占比38.2%，采用间接蒸发冷却系统的占比2.9%。
CDCC调研的数据显示，配电机房制冷方式，采用冷冻水系统的占比41.2%，采用风冷系统的占比55.9%，间接蒸发冷却的占比2.9%。从数据呈现的比例来看，与实际较为吻合，间接蒸发冷却系统占比相对少一些。
数据中心制冷系统分集中和分散两大类，分散指单元式制冷形式，最早部署在缺水地区或者规模较小的机房，还有目前一些电力机房。集中式制冷主要分冷水系统和冷却水系统。在缺水地区，适合部署风冷型冷水系统，风冷主机在屋面布置，通过风扇散热；水源充沛的大中型数据中心适合部署水冷型冷水系统，通过冷却塔进行散热，集中水冷冷水系统需设置室内制冷机房、室外冷却塔布置空间；早期有运营商要求水不进机房，冷却水型空调系统，通过恒温恒湿的末端空调、壳管式冷凝器来实现，近年冷却水系统用在液冷机房，通过板换来实现。
国内大型数据中心传统的制冷系统，还是以集中式的冷水系统为主，针对不同的气候条件，采用不同的节能方式。
数据中心制冷系统形式的演进路线，首先看风侧演进路线，是从风冷冷水机组带自然冷却到直接新风冷却，再到间接蒸发冷却的演进。风侧自然冷却主要利用自然冷源，风冷冷水主机 自然冷却，最早部署在运营商和互联网公司的数据中心项目里，通过风冷冷水机组自带冷却，还有外带干冷器，在很多案例中有应用，可以解决缺水、室内冷站空间布置等问题。
在2015年左右，一些互联网项目采用风冷冷水机组配套新风直接冷却，通过优化控制系统，在一些地区使用效果显著，节能效果明显。近几年，间接蒸发冷却，通过空空换热器，快速部署，在一些数据中心案例中大规模推广应用。
氟侧自然冷却，最早是风冷氟泵系统，在普通的风冷空调机组上加氟泵节能泵，实现节能运行，小型数据机房和电力机房应用较多。随着节能技术要求的提高，采用V型室外机，减少安装空间，在氟泵基础上采用变频技术，室内机、室外机采用一体式；全变频氟泵空调系统通过变频控制技术，室内外机一体化布置等技术优化，机组可侧面、顶面安装，模块布置，分期部署灵活。
热管多联系统近年也在数据中心项目推广应用，它主要是通过制冷剂相变，在室内侧可以通过热管列间、背板等形式，节能效率明显，这是氟侧自然冷却的演进路线。
水侧自然冷却较为传统，也是使用较多的冷却方式，水侧自然冷却演进路线最早是水冷冷水机组 板换 冷却塔，通过三种不同运行方式延长自然冷却时间。
蒸发式冷凝冷水机组采用一体式机组，能实现快速部署，通过蒸发式冷凝器散热，同时配套自然冷却器，节能运行。
间接蒸发冷却塔，通过在冷却塔进风侧增加预冷换热器或表冷器等，在一些干冷地区将冷却水出水温度等于或低于环境湿球温度，增加自然冷却的时间，实现节能运行。
以上是数据中心制冷系统的演进路线。
数据中心高效主机设备演进路线，从传统的水冷冷却塔，到部分采用间接蒸发冷却塔，来延长自然冷却时间。冷水主机也从最早的定频冷水机组，到变频冷水机组、磁悬浮冷水机组，到现在的高压变频离心机组以及气悬浮冷水机组等，不断衍生节能产品。
数据中心高效末端冷却方式演进路线，最早是房间级精密空调，封闭冷热通道通过气流组织实现节能，从房间级到行级，更靠近机柜，之后到机柜级背板，最后到芯片级液冷。
制冷系统常见故障解析
根据CDCC调研数据显示，数据中心冷水系统中水泵的故障率最高，占比52.9%，控制系统、冷水组机与补水系统的故障率各占比30%多，数据中心冷水系统中发生故障的还有冷冻水机房专用空调、冷却塔、水处理系统、蓄冷罐，调研数据是两年以内至少发生过一次的数据。
根据数据中心风冷系统故障调研的统计显示，压缩机故障占比67.6%，室外风机占比29.4%，控制系统占比26.5%，室内风机占比17.6%，一般设备五年以内使用的故障率相对较低，这么高的压缩机故障率设备时间应该超过五年，室外风机由于工作环境较恶劣，故障率高发的可能性大，控制系统也是。
导致制冷系统故障的主要原因中，设计问题占比26.5%，相信设计院同行，看到这个数据，都会感觉不好。首先从设计角度应该选择专业的设计院，在建筑平面规划的时候，采用合理的布局，管井、空间等考虑一定的冗余，对系统后期扩容才不会产生更多的设计问题，还有设备、使用年限较长的问题，平时运维要跟进，及时更新，做好设备维护等工作。
接下来针对数据中心每个单体的故障做简要分析。
从数据中心冷水系统故障占比来看，水泵故障占比52.9%，水泵单体非常简单，为什么故障率如此高？先讲一下端吸泵，目前规模较小的机房项目选择端吸泵，端吸泵的标准接法可参考示例图，在我们的项目案例中，水泵出口有异径接头、软接，有些项目由于空间受限，现场施工把软接接在立管上，通常不建议这么做，因为这样的话，竖向管道底部支撑需要弹性固定，不能直接硬固定，水泵安装建议按照专业标准做法实施。
端吸泵接管示例图（标准接法）
数据中心较多使用的是双吸泵，双吸泵通常有弹簧减震器、减震台、水泵基座，接管除了伸缩接头，还应该在出口加上异径接头，再加上软接。
双吸泵接管示例图
双吸泵减震基础
水泵的常见故障跟接管安装关系密切，正确的接法不能直接用弯管进水泵，要有一定的直管段，水泵吸入管要防止汽蚀。进出水泵的管道要充分控制好流速不能太高，管道接管不能产生气腔，以免运行出现噪音，引起水泵振动等。
数据中心冷水机组常见故障
冷凝器结垢
常见故障是冷水机组小温差问题，北方的水质硬，南方的水质稍好，如果清洗不到位，小温差也会在10℃以上，冷水机组小温差指冷凝器制冷剂的饱和温度和冷凝器冷却水出水温度的差值，新的冷水机组小温差较小，在1.5℃左右。实际运行冷水机组小温差建议控制在3℃左右，冷凝器结垢情况可以得到一定的缓解。小温差加大，需定期清洗冷凝器，若传感器故障需更换传感器。
机组老化和渗漏的问题
1、机组加减机，年久导致导叶马达老化，需定期检查；
2、冷水机组如为闭式电机，轴封和电机在一个壳体内布置，冷却水温度太低，润滑油容易跑到冷凝器等，需要通过冷却水侧电动阀控制，请厂家及时处理；
3、制冷剂泄漏问题，主要外漏，是连接管、安全阀等连接处密封造成的漏氟，需定期检查接口处密封。
蒸发压力过低
冷水回水温度过低，要调整设定值；
冷水流量不足，要检查水路系统；
蒸发器热交换器结垢严重，要清洗蒸发器管道；
节流阀开度不足，要调节节流阀的开度；
传感器故障，要更换传感器；
制冷剂泄漏，要检漏、补漏、补充制冷剂；
冷凝压力偏低，要调整冷却塔风机风量。
冷凝压力过高
冷却水进水温度过高，要检查冷却塔工作情况；
冷却水流量不足，要检查水路系统；
冷凝器热交换管污垢严重，要清除污垢；
有空气等不凝性气体，要回收制冷剂，抽真空再充注；
节流阀开度不够，要调节节流阀开度；
制冷剂充注过量，要回收多余制冷剂；
冷凝器脏堵，要清洗冷凝器管道。
数据中心控制系统常见故障
数据中心控制系统的关键是设计深化方法和施工安装质量，控制模块冗余问题、流量计等设备精度问题、点位及布线合理等。数据中心管道式流量计，精度要求达到0.5%，温度计要达到±0.2。系统设计的时候一定要考虑到，原则上控制系统故障不能影响制冷系统的正常运行。群控控制器主备设置，二级泵控制器主备设置，数据中心主要控制器需冗余配置。
控制系统常见故障是冷却水流量计量问题、传感器的问题、阀门故障、电动阀开关不动作、强电线和弱干线干扰等问题，在设计的深化方案环节，以及设备采购和安装环节都要有所考虑。
数据中心冷却塔常见故障
进风格栅防冻
格栅外部防冻措施、格栅内部防冻措施。
水盘防冻
通过设计控制出水温度（不用太低）；安装水盘电加热器，以防止水盘内存水冻结。通常冷却塔最低出水水温不低于6℃左右。
填料防冻
要控制循环水量。减少水流量会引起流过填料的水流不均衡，还要定期检查设备的布水系统，确认设备布水均匀。
其它部位防冻
主要是浮球阀的防冻，选择安装电子水位控制器替代标准的机械式浮球补水装置，控制精度高，解决冰冻问题。
图表：数据中心冷却塔常见故障及解决方法
数据中心机房水冷空调常见故障
水冷常见故障比较简单，主要是水温、流量问题，包括水阀故障
温度传感器、水浸传感器故障、油分离器漏油、温度传感器接线松动造成温度显示异常、压力传感器故障、BA监控线路掉线等故障，出现以上故障需及时处理。
数据中心蓄冷罐常见故障
蓄冷罐易损件包括液位传感器、压力传感器、温度传感器装置，在系统安装和运维时需要重点注意。
数据中心水处理要求及常见问题
数据中心用水水源包括以下几种：
市政自来水：一般用于冷却塔补水；
软化水：一般用于冷冻水定压补水、加湿补水、间接蒸发冷却补水；
去离子水：一般用于液冷系统板换二次侧、部分间接蒸发冷却补水；
中水：一般用于冷却塔补水、间接蒸发冷却补水。
水处理方案首先要严格按照规范实施，所有水处理都要根据项目的实际情况，还有项目水源实际情况进行相应的处理。
数据中心水处理存在问题及常规解决方案
水处理主要问题有冷凝器结垢、管道设备腐蚀、微生物滋生等，其他问题包括可维持浓缩倍数低，排污量大，尤其是北方高硬、高碱水质；水质精度控制差，人工工作量大且存在安全风险，建议选用智能化设备，防止弱酸性对设备造成腐蚀影响；废水应排入污水系统，不达标不能直排，污染环境；药剂桶需纳入危废管理。常见的水处理方法有：1、清洗预膜（二次镀锌）2、机组配套小球清洗装置3、加药系统4、旁滤系统（砂滤）5、软化水系统6、冷却塔吹扫系统7、脉冲电磁波系统8、全滤式综合水处理设备等。水处理方案需根据项目的实际情况选用合理的处理方案。
数据中心风冷系统故障分析
风冷系统面临的主要问题是压缩机故障，故障主要原因包括安装问题：铜管安装建议采用氮气保护焊工艺来保证管道清洁度，管道内有焊渣对压缩机影响较大；另外是润滑失效问题：因管路较长回油不足引起，针对安装管线较长、安装条件不好等情况，建议在机组中增设油分离器、储液罐等配件，保证压缩机正常运行。其他包括空气流量低告警问题、电源相序告警、传感器故障等问题。
风冷系统常见故障还包括夏季高压报警问题，冬天又可能面临低压告警问题。风冷系统出现以上故障问题，需及时复位处理。
在调研样本没有涉及热管系统，但热管系统在数据中心已有一定的应用。热管系统常见故障主要是管路安装不合理的问题，需要注意的是，重力热管系统管路安装保证坡度要求，禁止管路跨越导致制冷剂管路积液。除此以外，还有出风温度异常风机故障、设备通讯异常、制冷剂泄露的问题，需重点关注，发现问题及时处理
间接蒸发冷却主要故障点：
1、换热效率下降，制冷量不足
2、因换热器阻力增加风压不够，引起制冷量不足
3、设备与管道密封引起的结冰问题
4、定期清洗，运维工作量大
间接蒸发冷却水系统常见问题：
1、换热器结垢
2、换热芯体表面和布水不均匀处盐分析出
3、因空气尘土柳絮等造成水盘飘尘沉积及管路堵塞
4、微生物堵塞换热芯体
补水系统解决方案：
1、软化处理：
采用离子交换树脂，对盐垢有效
问题：无法处理沉积、盐结晶和微生物腐蚀
2、RO处理：
采用反渗透膜，去离子，对结垢、盐结晶、沉积有效果
问题：出水仍存在微生物腐蚀风险，出水弱酸性，存在对设备腐蚀风险
日常维护解决方案：
1、设置合理的浓缩倍数：设置在线水质监测，根据PH值电导率等自动控制排污
2、定期对机组进行化学加药处理，降低尘垢等风险
3、定期开展常规水质检测，及时解决系统问题
结束语：
针对数据中心制冷系统的常见故障：
设计：首先要以专业的设计方案包括合理的系统设计、正确的设备选型配置、优化的管路系统和控制系统等为前提，在建设和调试过程中积极配合施工安装，解决不合理问题，把设计问题降到最低
设备：产品配置应满足设计要求，产品性能可靠，智能化控制是关键
运维：严格执行管理流程，提高分析问题和处理问题的能力，积累经验，不断提升运维技术水平，积极跟踪使用年限长的设备情况，及时解决系统故障。
随着“国家双碳”政策以及“东数西算”战略的快速推进，未来数据中心制冷系统的低碳节能技术将迎来新的机遇与挑战，需要建设、设计、运维、设备厂家等多方共同努力，推进新技术应用，保证数据中心制冷系统安全可靠、节能运行。
