大型数据中心电池室兼用风机二次控制系统探究

作者:兰洋科技    浏览量:3545    时间:2023年12月07日    标签: 可再生能源 冷却系统 储能电池

本文聚焦于数据中心的一个关键组成部分——蓄电池室通风系统,探讨了其电气控制设计,以确保数据中心在不同场景下的可靠运行。

引言

数据中心作为集中式的信息处理中心,其面临的挑战也不容小觑。庞大的计算设备和海量的数据存储设备运转不断,将产生大量的热量和能耗,给设备的散热和电力供应带来了前所未有的压力。同时,由于数据中心的设备数量庞大,设备之间的互联与协调也变得复杂而关键。因此,确保数据中心的设备运行可靠性和稳定性,成为了当前数据中心设计与运维中的核心问题。本文聚焦于数据中心的一个关键组成部分——蓄电池室通风系统,探讨了其电气控制设计,以确保数据中心在不同场景下的可靠运行。

通常,在数据中心专用蓄电池室内,暖通专业均会设置灾后清空风机用于保证其灾后能够迅速清空机房内的消防气体以及设置事故通风用于在检测到氢气泄露时能够迅速将氢气排至室外,避免达到氢气爆炸浓度;除此以外还会相应设置平时排风机。本文中暖通规划时将这三种风机合并为一台风机,通过各个阀门间逻辑关系与风机联锁,实现风机的平时排风、事故通风、灾后清空等各项功能,因此风机与阀门之间的电气二次控制变的相对复杂。由于当前并没有相应的国家标准图集可以参考,而设计人员通常只绘制了一次配电系统图,将二次原理图部分交由盘柜厂家进行配套设计,而盘厂深化设计人员对于数据中心电池室通风系统以及各种阀门之间的连锁关系又不甚了解,因此在很多项目中电气控制并没有得到正确的实施,以致于电池室通风系统也没有发挥出其应有的作用,对数据中心也留下了相应的安全隐患。

因此给出数据中心电池室合用风机的通风系统准确的电气控制二次原理图,是非常有必要的。

项目概况

该项目位于我国上海市,作为一座现代化的大型数据中心(图1),旨在为各行各业提供高效、安全的数据处理和存储服务。项目总建筑面积约为5.8万平方米,规模宏大,涵盖了多个数据机房、变电所以及蓄电池室等关键功能区域。项目的设计目标是为客户提供稳定可靠的云计算和存储环境,确保数据中心的高效运行和服务可用性。为实现这一目标,项目采用了先进的硬件设备和智能化的系统集成方案,以适应不断增长的计算需求和日益复杂的数据管理挑战。数据中心在规划和设计阶段充分考虑了可持续性和绿色环保的原则,采用了节能的冷却系统、高效的电力供应方案以及可再生能源的应用。这有助于降低能耗,减少环境影响,与国家可持续发展战略保持一致。蓄电池室通风系统作为项目的重要组成部分,被赋予了保障数据中心安全和稳定运行的重要职责。通过有效的风机电气控制设计,可以确保在不同运行场景下的灵活运行,从而保障设备的散热、安全和稳定性。

通风系统方案介绍

本项目设计采用了一种共用风机的通风系统方案,涵盖了一般排风、事故排风以及灾后清空等多种功能。在接下来的内容中,我们将按照共用风机的方案,详细介绍该通风系统的设计。项目中的通风系统如图2所示,蓄电池室配备了通风机组,包括平时通风、事故通风以及灾后清空。系统中设置了一台通风风机,并安装了风阀1、风阀2和风阀3。

风阀1和风阀2位于建筑顶板板底部,与顶板保持100mm的距离。此外,还在底部离地200mm处安装了风阀3。所选用的风机为双速风机,根据使用功能的不同,具备多种运行模式。分别为平时通风、事故通风、灾后清空等。针对当前不同规范对于蓄电池室通风换气量要求的不同情况,本项目进行了平时通风和事故通风两种模式的设计。平时通风模式下,风机以低速运行,每小时2次换气次数,平时通风可由运维人员手动开启或通过动环监控系统自动开启。

而在事故模式下,风机将以每小时12次的高速运行频率运行。为了实现事故通风,我们在蓄电池室外墙靠近外门的位置设置了电气开关。同时,事故风机还配备了氢气泄露检测系统,当检测氢气泄露(浓度为氢气爆炸下限25%时),探测器报警并连锁风机高速运转。

在气体灭火系统启动后,根据《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005中第6.0.4条的规定,防护区域需要进行通风换气。在这种情况下,例如通信机房、数据中心机房等,每小时的通风换气次数要求不少于5次。此时,可通过室外手动启动灾后清空按钮,联锁风机高速运行,以满足通风换气次数的要求,迅速清空机房内的消防气体。通过以上设计方案,确保了蓄电池室通风系统的高效运行以及气体灭火后消防气体的及时清空。

蓄电池室通风系统设计

在这一节中,我们将详细介绍经过精心设计的蓄电池室通风系统方案,旨在保障数据中心蓄电池室在不同场景下的稳定运行。我们将深入探讨平时通风、事故通风和灾后清空通风等多种操作情景,涵盖了手动和自动控制状态,以及风阀与风机的运行状态变化。该通风系统的点位控制逻辑见表1。

1.平时通风

在平时通风模式下,风机采用单速运行,具备手动和自动两种启动方式。

手动状态下,操作人员可通过配电柜或现场按钮控制风机启动。启动时,风阀1和风阀2打开,风机以低速运行,实现室内空气的流通和散热,以维持蓄电池室的稳定环境。如从下图3可知,按下按钮开关SF1,KD1线圈得电,KD1所有常开触点闭合,KD1线圈自保由图4可知,风阀1开始打开,风阀1开启到位KE1线圈得电,KE1常开触点闭合由3可知,低速风机启动回路KD1、KE1常开触点均处于闭合状态,KM1线圈得电,此时风机开始低速运行。此时按下按钮SS1,KD1线圈失电,KM1线圈失电,风机停止运行。

自动状态下,动环监控系统通过远程控制信号,使风机以低速运行。风阀1和风阀2打开,风机开始工作以确保持续通风,以满足日常运行需求。这一智能化控制策略有效地维护了蓄电池室的正常工作状态。如下图4中,动环监控系统通过端子X-17、X-24节点给出低速启动信号,此时KA1线圈得电,通过图2-1可知,KA1常开触点闭合KD1线圈得电,KD1所有常开触点闭合,KD1线圈自保风阀1开始打开,风阀1开启到位KE1线圈得电,KE1常开触点闭合低速风机启动回路KD1、KE1常开触点均处于闭合状态KM1线圈得电,此时风机开始低速运行。此时若动环监控系统通过端子X-18、X-23节点给出低速停止信号KD1线圈失电,KM1线圈失电,风机停止运行。

2.事故通风

事故通风模式下,风机以高速运行,旨在排除可能产生的有害气体,如氢气。

手动状态下,位于电池室外墙上的强启按钮可启动风机。此时,风阀1和风阀2打开,风机高速运行,迅速将有害气体排出,确保蓄电池室的安全。由图3可知,手动状态下,可按下按钮开关SF2或门外启动按钮SF5,KD2线圈得电,KD2所有常开触点闭合,KD2线圈自保持,由图4可知,风阀1开始打开风阀1开启到位KE1线圈得电,KE1常开触点闭合由图5可知,高速风机启动回路KD2、KE1常开触点均处于闭合状态,KM2线圈得电,此时风机开始高速运行。此时按下按钮SS2或门外启动按钮SS5,KD2线圈失电,KM2线圈失电,风机停止运行。

自动状态下,氢气泄露检测系统检测到氢气泄漏时,联锁启动风机高速运行。风阀1和风阀2打开,风机高速排风,保障蓄电池室的安全性。这一智能化的气体检测和风机控制系统,极大地提升了数据中心的安全性。由图4可知,动环监控系统通过端子X-19、X-22节点给出高速启动信号,此时KA3线圈得电,通过图3可知,KA3常开触点闭合KD2线圈得电,KD2所有常开触点闭合,KD2线圈自保风阀1开始打开,风阀1开启到位,KE1线圈得电,KE1常开触点闭合由图5可知,高速风机启动回路KD2、KE1常开触点均处于闭合状态KM2线圈得电,此时风机开始高速运行。此时若动环监控系统通过端子X-20、X-21节点给出高速停止信号KD2线圈失电KM2线圈失电,风机停止运行。如果项目实施中,事故排风也可由氢气泄露检测系统通过端子X-8、X-5节点直接给出联锁启动信号,使得KD2线圈得电,使得风机也可高速运行,进行事故排风。

3.灾后清空通风

在灾后清空通风模式下,风机以高速运行,旨在快速清空气体灭火后的消防气体,保障蓄电池室的可用性。手动状态下,操作人员可通过墙上设置的强启按钮启动风机。此时,风阀1关闭,风阀3打开,风阀2关闭,风机高速运行,将消防气体迅速排出。蓄电池室风机作为灾后清空通风时,具备手动开启功能,此时风机为高速运行。由图3可知,在火灾发生后,可按下按钮开关SF3或SF4,KE2线圈得电,KE2所有常开触点闭合,KD2线圈自保持,风阀1、风阀3开始打开,风阀1和风阀3开启到位,KE3线圈得电,KE3常开触点闭合风阀MEE2开始关闭,由图5可知,高速风机启动回路导通KM2线圈得电,此时风机开始灾后清空运行。此时按下按钮SS3或SS4,KE2线圈失电KM2线圈失电,风机停止运行。

4.火灾情况下的控制

在火灾发生时,此时火警系统启动气体灭火系统,并相应给出消防信号到通风机组,使风机停转运行,并相应关闭风阀1和风阀2;根据《建规》9.3.11条,灾后排风系统还需要在排风管穿房间处设置70℃防火阀。由于在发生火灾温度达到70℃时,防火阀会自动关闭,也会相应联锁停止风机,熔断的70℃防火阀保证电池室的气密性,达到灭火的目的。蓄电池发生火灾时,由图6可知,此时火警系统系统给出DC24V信号,可使得图1中KC2常闭触点断开,此时风机二次回路断开,风机停止运行。

通过以上设计方案,蓄电池室通风系统在不同情景下实现了精准的控制和运行,为数据中心提供了安全可靠的环境保障。这一系统的设计和实施,为数据中心的稳定运行和业务连续性提供了坚实的技术支持。

经验总结和未来展望

1.经验总结

在大型数据中心电池室风机电气控制设计中,我们通过深入分析和细致设计,实现了系统在不同操作情景下的精确控制和高可靠性运行。通过逐一考虑平时通风、事故通风、灾后清空通风以及火灾情况下的控制需求,我们设计了相应的控制逻辑,确保了数据中心的设备和人员安全。在设计过程中,我们采用了智能化控制策略和先进的气体检测技术,有效地提升了数据中心的运行安全性和稳定性。

2.未来展望

随着数据中心规模的不断扩大和技术的快速演进,大型数据中心的电池室风机电气控制设计也将持续发展。未来的展望包括以下几个方面:

1)数据中心将更多地采用智能化的监控和控制系统,通过传感器数据和实时监测,实现更精准的风机控制,提高能效和安全性。

2)未来的设计可能会引入自适应控制算法,根据不同的环境变化和运行情况,实时调整通风系统的运行参数,以更好地适应变化的需求。

3)数据中心在追求更低的能耗的同时,也会更加注重通风系统的能源效率优化,可能会采用更节能的风机设计和运行策略。

4)未来的设计还可能与数据中心的网络管理系统集成,实现更高级的联动控制,以确保整个数据中心的高度协调和运行稳定。

5)随着社会对环境可持续性的要求增加,未来的设计可能会更加注重绿色环保,探索可再生能源的应用和通风系统与其他系统的整合。

结论

本文基于大型数据中心电池室合用风机的通风系统设计,针对电池室在通风运行中可能出现的不同状况,给出了详细的电气二次控制原理图设计方案,涵盖了多个运行场景。希望能对数据中心电气相关人员提供一种参考,能为数据中心的高可靠性提供支撑。

参考文献

[1]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2016.12.

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