數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)在設計與建設過程中一般按滿負荷N+1或2N架構進行，數(shù)據(jù)中心初期上架率較低、熱負荷較低，此時進入冬季運行模式，制冷系統(tǒng)既要保證數(shù)據(jù)中心制冷安全又要做好自身防凍措施，同時應對外界氣溫驟降、負荷突增、設備故障等的風險。

閉式冷卻塔主要由蒸發(fā)換熱盤管、噴淋水系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、結構框架4個部分構成。

冷卻水在盤管內封閉循環(huán)，噴淋水在盤管外形成水膜蒸發(fā)吸熱，引風系統(tǒng)將箱體外部溫度濕度均較低空氣引入箱體與盤管、噴淋水換熱，同時帶走噴淋水蒸發(fā)后的水蒸氣，從而達到為冷卻水降溫的目的。

因為其封閉的冷卻水系統(tǒng)，避免了楊絮、沙塵污染，使制冷系統(tǒng)運行時安全性提高，減少了因水質差造成的冷凝器換熱降效現(xiàn)象，其水質也可以在冬季運行時將冷凍水冷卻水直接連通，使用冷卻塔+精密空調模式（無板換模式）直接進行數(shù)據(jù)中心自然冷卻，從而起到節(jié)能減排的作用。

也正因為其封閉的冷卻換熱盤管構造，凍結的風險較大，華北地區(qū)數(shù)據(jù)中心冬季低負荷運行需要采取必要的防凍措施以及相應的應急預案。

一、低負荷狀態(tài)下冬季閉式冷卻塔的應對措施

1.設計時對低溫低負荷運行的考量

在數(shù)據(jù)中心設計之初，設計人員需要充分考慮初期低負荷狀態(tài)下低溫運行的應對措施，并在施工過程中完成。低溫低負荷狀態(tài)下要盡量減少冷卻水系統(tǒng)的散熱，主要措施有減少散熱面積、控制通風量、提高冷卻水水溫等。所以會從以下幾個方面進行設計。

（1）選用模塊化、組合式、有溫控箱控制的可變風量、可變噴淋水量的冷卻塔。

閉式冷卻塔主要部件之一為換熱盤管，大多數(shù)冷卻塔由多個單獨的散熱模塊組合而成?？梢酝ㄟ^控制換熱盤管模塊的大?。ūP管排數(shù)、直徑、總換熱面積等），給換熱模塊設計獨立進出水控制閥門，為冷卻塔小模塊運行提供可能。

通風量是冷卻塔散熱能力的重要考核指標，通風量越大，換熱能力越強。低負荷運行的情況下需要做到風量可調，如使用變頻控制系統(tǒng)控制風扇轉速從而實現(xiàn)風量調節(jié)，也可以使用多風機組合，改變風機投用數(shù)量實現(xiàn)冷卻塔風量的調節(jié)。同理，噴淋水的循環(huán)水量也可以如此調節(jié)。

（2）冷卻塔噴淋水集水盤需要有電加熱及溫控箱設計。

當噴淋水循環(huán)量為零時，噴淋水無法通過熱交換得到充足的熱量，在集水盤中不斷散熱，會造成結冰現(xiàn)象。結冰后，首先會對設備本身造成損壞如脹裂集水盤、凍裂噴淋泵；其次會造成需要噴淋水降溫時卻無水可用的后果。電加熱可以設定在3℃加熱，8℃停止，既確保運行安全又避免電加熱的頻繁啟停。

（3）冷卻塔相關水系統(tǒng)管道需要增加電伴熱、保溫及自動溫控箱設計。

冷卻塔相關水系統(tǒng)管道有冷卻水管道、噴淋水管道、補水管道以及排水、排污管道。

冷卻水管道在室外面積較大，在低負荷運行時有些冷卻塔模塊會被棄用，冷卻水管道很可能無水循環(huán)流動，長時間（3~4個月）在低溫條件下散熱，管內水容易凍結。

噴淋水在閉式冷卻塔低負荷運行時也為間歇性運行，噴淋泵、噴淋水管道長時間停用，內部水均有凍結風險。

由于冷卻塔冬季低負荷運行時蒸發(fā)量很小，補水也是間歇性的，長時間無流動無室溫自來水的熱量補充，很容易凍結。

另外，在冬季冷卻塔清洗、排污過程中，排水、排污管路溫度很低、散熱很快，管道內的積水及閥門處的死水很容易發(fā)生凍結，造成管路、閥門等位置的損壞。

所以以上管道均應增加電伴熱、保溫及自動溫控箱。溫控箱設定點宜設置在室外溫度低至3℃時自動送電運行。

（4）冷卻水系統(tǒng)有補熱功能。

冷卻水系統(tǒng)補熱功能可以通過使用市政供暖熱源經(jīng)過板換實現(xiàn)，也可以通過自備小鍋爐或者管道上直接增加電加熱單元等方法實現(xiàn)。

這樣做首先可以實現(xiàn)工程冬季竣工、無負荷狀態(tài)下管道沖洗、設備調試期間防止水凍結的功能；其次可以提高冷卻水水溫實現(xiàn)低負荷下冬季冷卻水防凍的功能。

2.運行管理需采取的措施與方案

（1）充分評估現(xiàn)有熱負荷，使之與閉式冷卻塔換熱盤管模塊相匹配，多余的備用模塊進行泄水操作。

負荷與流量.低要求。在低溫季節(jié)到來前，需對數(shù)據(jù)中心內負荷進行計算：可以根據(jù)設計手冊進行理論計算之后根據(jù)實際用電量、機柜使用率等實際運行數(shù)據(jù)進行復核調整，得到.真實的負荷值。此負荷為冷卻水的熱源，確保冷卻水在循環(huán)過程中不凍結。

根據(jù)某品牌閉式冷卻塔廠家數(shù)據(jù)，當實際負荷不低于單模塊銘牌散熱量的5%，流量不低于銘牌循環(huán)水量80%、管內.小水流速不小于0.5m/s時，冷卻水在換熱盤管內不會凍結。

考慮運行安全因素決定運行單元。因數(shù)據(jù)中心安全性的高標準要求，需要盡量保證2N個或N+1個完整的制冷單元同時運行達到基本的備份要求，防止因設備故障造成的運行生產事故。

備用設備的泄水作業(yè)。根據(jù)負荷評估結果結合運行安全需求，確定需要運行的冷卻塔模塊數(shù)量，對不使用的冷卻塔模塊進行泄水作業(yè)，防止凍結。

（2）檢查電加熱、電伴熱系統(tǒng)狀態(tài)。

在入冬前需要檢查輔熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)相關管道電伴熱等是否正常。

（3）對冷卻塔進行必要的改造。

使用橡塑保溫對冷卻塔四壁進行包裹，在冷卻塔進風口使用橡塑板、塑料薄膜或棉門簾做成可開啟可調節(jié)風口。

（4）運行過程中嚴格控制冷卻水水溫、循環(huán)水量。

運行過程中嚴格監(jiān)控水流量不低于單模塊的80%，監(jiān)測冷卻塔出水溫度不低于5℃，低于此值啟動應急預案。為達到此目標可以進行以下作業(yè)。

適度提高冷卻水水溫。根據(jù)運行經(jīng)驗，在運行過程中，適當降低精密空調設定值，并增加空調開啟的臺數(shù)在供冷量不變時會提高冷卻水溫度。如果將冷卻水溫度由設計值12℃提升至14℃，在不過分影響安全運行的情況下，可以大大提高冷卻水防止凍結的能力，同時還延長了自然冷卻模式運行的時間。

閉式冷卻塔作為干式冷卻器使用。在低負荷狀態(tài)下，換熱盤管優(yōu)先在干式狀態(tài)下運行，不開啟噴淋系統(tǒng)，只通過風機變頻器調節(jié)冷卻塔通風量，依靠干冷器原理進行散熱，可以有效減少散熱量，確保冷卻水不凍結。

噴淋泵進行點噴觀察。當通風量達到.大，水溫仍持續(xù)升高時，噴淋泵投用。投用過程可以點動噴淋泵，立刻停止，防止冷卻水水溫驟降。同時調整通風量，加大噴淋量，使散熱量與負荷平衡，達到出水水溫恒定。

（5）檢查BA系統(tǒng)的報警功能。

使用低負荷運轉方案前，冷卻水溫低溫報警、高溫報警、流量報警應該進行檢查，并根據(jù)冬季運行方案進行報警值修訂。

二、未采用乙二醇溶液作為防凍劑的說明

在有些冬季把冷塔作為冷源的制冷系統(tǒng)中，運維人員為了防凍會在冷卻水系統(tǒng)中加入乙二醇作為防凍劑使用。但是在閉式冷塔+室內精密空調機（無板換）的運行系統(tǒng)中，未能采用，主要有以下因素進行考慮：

1.乙二醇溶液比熱容比水低，載冷量低，會造成冷卻塔、精密空調機等換熱設備的降效。

2.乙二醇溶液有一定的腐蝕性，室內精密空調機表冷器盤管壁較薄，會降低其使用壽命。

3.乙二醇溶液有一定滲透性，對于由絲扣連接的精密空調機進出水口增加了滲漏的隱患。

4.冷凍水和冷卻水系統(tǒng)連通后，系統(tǒng)水量大大增加，需要添加的乙二醇劑量也大大增加，成本過大。