L'unité de réfrigération, appelée refroidisseur, est un élément essentiel du système de climatisation d'un centre de données. Le fluide frigorigène est généralement de l'eau. Le refroidissement du condenseur est assuré par échange thermique avec de l'eau à température ambiante ; on parle alors d'unité refroidie à l'eau. Les centres de données ont des besoins importants en capacité de refroidissement, et une meilleure efficacité énergétique est obtenue grâce à l'utilisation d'un refroidisseur centrifuge. Dans cet article, le terme « refroidisseur » désigne spécifiquement un refroidisseur centrifuge.
Le compresseur frigorifique centrifuge est un compresseur rotatif. Le tuyau d'aspiration introduit le gaz à comprimer à l'entrée de la roue. Sous l'action des pales de la roue, le gaz tourne à grande vitesse. Le gaz effectue un travail mécanique, sa vitesse augmente, puis il est aspiré par la sortie de la roue et introduit dans la chambre de diffusion. Du fait de sa vitesse d'écoulement élevée à la sortie de la roue, un diffuseur à section d'écoulement progressivement élargie convertit cette énergie en énergie de pression et augmente ainsi la pression du gaz. Une fois diffusé, le gaz est recueilli dans la volute, puis dirigé vers le condenseur pour être condensé. Ce processus constitue le principe de compression par centrifugation, illustré à la figure 1. Par ailleurs, pour condenser et évacuer le froid, le système de climatisation comprend un circuit d'eau de refroidissement et un circuit d'eau glacée.
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Composition de l'unité centrifuge
La composition de l'unité centrifuge est la suivante : comprenant un compresseur centrifuge, un évaporateur, un condenseur, un orifice d'étranglement, un dispositif d'alimentation en huile, une armoire de commande, etc., comme indiqué sur les figures 2 et 3. Le compresseur est principalement composé d'une chambre d'aspiration, d'une roue, d'un diffuseur, d'un coude et d'un dispositif de reflux, ainsi que d'une volute.
Caractéristiques de l'unité centrifuge
Les caractéristiques de la grande centrifugeuse sont les suivantes :
1. Forte capacité de refroidissement. La capacité d'aspiration d'un compresseur centrifuge ne pouvant être insuffisante, sa capacité de refroidissement unitaire est relativement importante. De structure compacte, léger et de petite taille, il occupe un espace réduit. À capacité de refroidissement égale, son poids est seulement 5 à 8 fois inférieur à celui d'un compresseur à piston, et cet avantage est d'autant plus marqué que la capacité de refroidissement est élevée.
2. Moins de pièces d'usure et grande fiabilité. Les compresseurs centrifuges ne subissent pratiquement aucune usure en fonctionnement, ce qui les rend durables et réduit les coûts d'entretien et d'exploitation.
3. La partie compression du compresseur centrifuge est un mouvement rotatif, et la force radiale est équilibrée, donc le fonctionnement est stable, les vibrations sont faibles et aucun dispositif spécial de réduction des vibrations n'est nécessaire.
4. La puissance frigorifique peut être ajustée de manière économique. Les compresseurs centrifuges peuvent utiliser des méthodes telles que le réglage des aubes directrices pour ajuster la consommation d'énergie dans une certaine plage.
5. Il est facile de mettre en œuvre une compression et une régulation multi-étapes, et peut réaliser le fonctionnement du même réfrigérateur avec plusieurs températures d'évaporation.
Pannes courantes des refroidisseurs
La machine frigorifique peut rencontrer des difficultés lors de sa construction et de sa mise en service, et des pannes peuvent également survenir en cours d'exploitation. La gestion de ces problèmes et dysfonctionnements est essentielle à la sécurité d'exploitation et de maintenance du centre de données. Voici quelques exemples de situations rencontrées lors de la construction et de l'exploitation de machines frigorifiques. Les méthodes de traitement et les retours d'expérience mentionnés sont donnés à titre indicatif.
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Débogage sans charge
【Phénomène problématique】
Un centre de données doit déboguer et tester le refroidisseur, mais l'installation des équipements de climatisation du terminal n'est pas terminée et le site ne dispose pas non plus de la charge fictive nécessaire ; les travaux de mise en service ne peuvent donc pas être effectués.
【analyse du problème】
Une fois l'installation de l'unité de centrifugation terminée dans le centre de données, les équipements terminaux de la salle informatique ne sont pas encore installés. Le canal d'eau glacée au niveau du terminal est obstrué, empêchant ainsi le démarrage du refroidisseur. La charge étant insuffisante pour atteindre le seuil minimal du refroidisseur, le démarrage est impossible. Par ailleurs, faute de démarrage du refroidisseur, les serveurs de la salle informatique principale ne peuvent être mis en marche, créant ainsi une boucle infinie. De plus, le démarrage requiert une puissance fictive importante, ce qui engendre une forte consommation d'énergie. Ces facteurs rendent le démarrage du refroidisseur problématique.
【Problème résolu】
Utilisez la méthode de débogage à vide. Ce procédé permet d'exploiter pleinement la capacité d'échange thermique de l'échangeur à plaques : le froid produit par l'évaporateur du réfrigérateur est transféré vers le condenseur, et la chaleur dégagée par le condenseur est renvoyée vers l'évaporateur. Ainsi, la puissance frigorifique du réfrigérateur est parfaitement adaptée à la charge thermique, et la tour de refroidissement ne consomme que la puissance à l'arbre du compresseur. Cette méthode facilite la réalisation de tests de performance complets sous différentes charges. Le circuit d'eau lors du remplacement et du débogage des plaques froides est illustré à la figure 4.
Les étapes de débogage du système sont essentiellement les suivantes :
1. Ouvrez la vanne de dérivation du sous-collecteur et assurez-vous que le passage de l'eau n'est pas obstrué afin de former une circulation lorsque le climatiseur terminal n'est pas installé ;
2. Ouvrez complètement le refroidisseur côté eau glacée et la vanne d'échange de plaques pour assurer un passage d'eau fluide entre le refroidisseur et l'échangeur de plaques, et permettre un mélange homogène entre l'eau froide aspirée par le refroidisseur et la chaleur renvoyée par l'échangeur de plaques ; ouvrez normalement la pompe à eau glacée et réglez manuellement la fréquence à 45 Hz ou plus, et assurez-vous d'une circulation d'eau normale ;
3. Ouvrez complètement la vanne d'eau de refroidissement du refroidisseur, ouvrez partiellement la vanne d'eau de refroidissement du panneau de remplacement et mettez en marche la pompe à eau de refroidissement pour assurer une circulation d'eau normale. Réglez la fréquence de la pompe entre 41 et 45 Hz ; ne mettez pas en marche le ventilateur de la tour de refroidissement en premier.
4. Dans des conditions normales d'eau glacée et d'eau de refroidissement, mettez le refroidisseur en marche et effectuez un essai de fonctionnement autonome ;
5. La température de l'eau de refroidissement du refroidisseur commence à augmenter et l'eau refroidie commence à se refroidir ;
6. Ajustez la capacité de transfert de chaleur de l'échangeur à plaques en fonction de l'ouverture de la vanne d'eau de refroidissement de l'échangeur à plaques, et ajustez l'ouverture de la vanne entre 1/4 et complètement ouverte ;
7. Mettez partiellement en marche le ventilateur de la tour de refroidissement en fonction de la température de l'eau de refroidissement, selon ce qui peut réduire la puissance de l'arbre du compresseur.
【Expérience】
Afin d'optimiser la consommation énergétique et de privilégier le refroidissement naturel, les centres de données sont généralement conçus avec une technologie de refroidissement combinant tour de refroidissement et échangeur à plaques. Lors de la mise en service, la capacité d'échange thermique de l'échangeur à plaques permet de récupérer la chaleur du condenseur du refroidisseur, servant ainsi de charge thermique pour son démarrage ; autrement dit, le froid généré par le refroidisseur est évacué par l'échangeur à plaques.
Le principe du réglage à vide consiste à exploiter pleinement la capacité d'échange thermique de l'échangeur à plaques, à transférer le froid généré par l'évaporateur du réfrigérateur vers le condenseur via cet échangeur, et à renvoyer la chaleur dégagée par le condenseur vers l'évaporateur via le même échangeur, afin d'obtenir l'adéquation entre la capacité de refroidissement et la charge thermique du réfrigérateur. Cette méthode est simple à mettre en œuvre et facile à utiliser.
Date de publication : 15 février 2023
