数据中心空调开式冷却水循环系统问题危害及水处理分析

当下，云计算大数据产业已经成为新一代信息技术产业的关键和核心，随之而来的是数据中心的建设与投产日益增多。空调系统作为数据中心的重要基础设施，其系统运行的好坏对数据中心的安全运行与能耗节约起着至关重要的作用。目前，数据中心的空调系统主要分为水冷系统、风冷系统以及新风系统，综合效率、能耗、投资等方面进行对比，特别对于北方严寒地区而言，水冷系统是最优选择。但水冷系统也存在一个很大的缺点，即水质污染导致设备结垢、腐蚀，尤其是在内蒙地区， 水质偏硬钙镁离子含量超标，水碱严重余氯问题难以解决。故对于数据中心的水处理问题，必须要采取有效合理的治理方案。

1、为什么要进行水处理

数据中心空调循环水系统主要包括冷冻水系统和冷却水系统，冷冻水系统负责在制冷源与机房负荷之间进行热交换， 一般为密闭式循环体系。而冷却水系统则负责在制冷源内与冷冻水进行热交换，并将热量传递至冷却塔进行室外散热，一般多为敞开式循环系统。虽然空调水系统的这两个部分各有特点， 但它们均是以水作为介质来传递热量的。自然界中我们所能接触到的水包括自来水的水质多为含有溶解了多数盐类的水，水质多表现为不稳定的状态。在外界条件改变时（温度、流速），就会发生结垢、腐蚀、生物粘泥等现象，如不采用适当的技术手段进行水处理，就会引起管道堵塞、腐蚀泄漏、效率降低等一系列问题，影响整个空调系统的正常工作。如表1所示，某云计算内蒙古信息园A3数据中心2＃冷却水系统水处理工作实施前的水质测试数据。

综合上述测试数据发现，该数据中心冷却水的PH值、电导率、总硬度、总碱度均不符合控制指标， 并且循环水系统的浓缩倍数较高，导致碱度较高，会进一步增加系统结垢的风险。

2、敞开式循环冷却水系统存在的问题及危害

2.1 水垢的危害

众所周知，冷却水补水直接来自市政提供的自来水，加上室外空气中的尘土，以及冷却塔的蒸发散热系统，使得系统内的循环水中的杂质越来越浓。如果循环冷却水系统未进行合适的水处理和合理的排污，水中的钙、铁离子在受热情况下产生碳酸钙、碳酸镁等水垢，沉积在管道、冷机冷凝器、板换、砂滤布水器以及冷却塔换热填料表面上， 如图1所示。管道中的水垢增大管线的阻力，导致循环水量减少或支管的阻塞，而冷机冷凝器、 板换及冷却塔换热填料表面上的结垢使热交换效率大大降低，进而导致制冷能耗大幅增加。

2.2 腐蚀的危害

敞开式循环水中含有大量的气体，如氧气、二氧化碳、二氧化硫等，这些气体溶解在水中，对金属都有腐蚀作用，这是引起腐蚀的主要原因。如果循环冷却水系统未进行合适的水处理，金属腐蚀将大大减短设备使用寿命。

2.3微生物的危害

冷却水循环水水温及高含氧量，特别适宜微生物的滋生。微生物的大量滋生，会产生一种胶状、粘性或粘泥状的附着力强的沉积物，它们覆盖在金属表面上降低传热效率，严重的会以块状形式进入系统中堵塞管道。

3、敞开式循环冷却水系统正确的水处理方式

数据中心制冷系统为全年不间断运行系统， 系统调试验收、投入正常运行后，冷却水循环系统必须采取合适的、持续的化学加药水处理和合理的排污， 以保证合格的冷却水循环水水质条件，任何形式的物理处理方式均只能作为辅助处理设施。

通常的化学水处理药剂为缓蚀阻垢、杀菌灭藻复合药剂。正确的加药方式为通过稳定可靠的自动控制加药系统往冷却水循环管道中适时适量加注各药剂，并自动合理排污，以保证循环水的水质合格。因补水水质、 制冷负荷及外界气候条件不是一成不变的，定期地（一般间隔时间为2周）对循环水质进行检测，根据循环水水质指标适时调整加药、排污方案，是持续做好水处理工作的必要手段。如果发现补水水源或水质发生明显变化，则必须尽快检测补水和循环水水质指标，并尽快调整加药、排污方案。如表2所示，某云计算内蒙古信息园A3数据中心2＃冷却水系统在实施水处理工作后的测试数据。对比表1各项检测项目的控制标准，该数据中心2#冷却水的水质检测的各项 数据基本达到了控制标准， 机组小温差也保持住了没有上涨。

过去传统的定时、定量加药，以及往冷却塔水盘中直接加药的方式都是不正确或者说不完美的加药方式， 不适用于大型数据中心的水处理系统。另外， 选择性能良好的自动加药设备，技术实力强、服务意识强的水处理服务团队也是做好水处理的必要条件。片面地追求低成本水处理药剂， 或者重药剂轻服务都是水处理工作的误区。

4、敞开式循环冷却水系统水处理效益分析

4.1 节能分析

在大型数据中心冷水机组＋板换＋开式冷却塔组合的空调制冷系统中， 冷却水循环水系统的水处理节能主要体现在以下三个方面。

4.1.1 水冷机组冷凝器能耗分析

水冷机组的冷疑器作为冷却水与机组制冷剂热交换的场所， 其受水质污染导致的结垢腐蚀问题尤为突出。正常冷凝器运行小温差一般为2℃左右， 一旦冷凝器开始结垢，小温差经常能达到4-5℃、甚至6-8℃，严重的导致冷机超温超压报警停机。众所周知，冷机冷凝器小温差每上升l℃，冷机效率将会下降2-3%，也就是说冷机能耗增加2-3%。按小温差平均升高2℃计算，冷机能耗增加5%以上。

4.1.2冷却塔能耗分析

保持冷却塔换热填料干净， 冷却水供水温度保持合理低温。众所周知， 冷机冷却水入口温度在正常情况下， 每升高1℃，冷机效率下降2-3%，也就是说冷机能耗增加2-3%；如果冷却水水处理没做好， 冷却塔供水温度按平均升高2℃计算，冷机能耗又增加5%以上。

4.1.3制冷模式能耗分析

在内蒙地区当室外环境温度达到一定条件时， 水冷系统可切换为冷却塔＋板换免费制冷运行（Free-cooling）或部分免费制冷运行模式， 从而使冷机停止运行或者低负荷运行。如果冷却水水处理没做好， 冷却塔换热填料结垢导致冷却水供水温度升高， 以及板换表面结垢导致冷却水与冷冻水换热温差升高，这两方面都会缩短免费制冷时间，在原本可以免费制冷的时段，因为冷却塔和板换的结垢而必须开启冷机运行。

综合以上三方面， 以某云计算内蒙古信息园运行实例， 一套1200RT的制冷系统，在板换不运行季节，冷机运行每天电耗约10000KWh。前2种节能因素，冷机降耗每天1000KWh，按冷机每年正常运行7个月计算， 前2种节能因素带给冷机降耗约20万KWh。第3种节能因素， 好的水处理与不好的水处理， 全年可能导致免费制冷运行时间相差30天以上， 导致冷机能耗相差约30万KWh。综合三种节能因素，全年能耗可降低50万KWh 以上，节能效益十分显著。

4.2 降低机组故障率，减少维修费用

没有实时做好水处理，就会使得冷机、板换、冷却塔及管道囤积大量的水垢、设备被锈蚀、产生很多的污染，由此使得制冷系统在不正常的状态下运行， 从而容易使得系统出现故障，增加维修工作及维修费用。

4.3延长系统使用寿命，降低设备折旧率

没有实时做好水处理，就会使得冷机、板换、冷却塔及管道固积大量的水垢、设备被锈蚀，产生系统故障， 频繁地清理水垢或处理腐蚀，必将影响系统的正常运行寿命，设备实际折 旧率相应提高。

5、结语

综上所述， 数据中心空调敞开式循环冷却水系统经合适的水处理后，可以大幅提高制冷效率，降低能耗，延长系统的使用寿命，降低系统故障的发生率，减少维修费用，从而能保证数据中心的安全高效的运行。因此， 对数据中心空调敞开式循环冷却水系统进行恰当的水处理是非常重要和必要的。

本文标题：数据中心空调开式冷却水循环系统问题危害及水处理分析

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