냉각 장치는 칠러라고도 하며, 데이터 센터 공조 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 칠러의 냉매는 일반적으로 물이며, 응축기의 냉각은 상온의 물과 열교환하여 이루어지기 때문에 수냉식 칠러라고도 합니다. 데이터 센터는 대규모 냉각 용량을 요구하며, 원심식 칠러를 선택하면 에너지 효율을 높일 수 있습니다. 본 문서에서 칠러는 특히 원심식 칠러를 의미합니다.
원심 냉동 압축기는 회전 속도형 압축기입니다. 흡입관을 통해 압축될 가스가 임펠러 입구로 유입됩니다. 가스는 임펠러 날개의 작용으로 임펠러와 함께 고속으로 회전합니다. 가스가 일을 하면서 속도가 증가하고, 임펠러 출구로 배출되어 디퓨저 챔버로 유입됩니다. 임펠러를 빠져나온 가스는 높은 유속을 가지므로, 이 유속을 압력 에너지로 변환하기 위해 유동 단면적이 점차 커지는 디퓨저가 설치되어 가스의 압력을 높이는 데 에너지를 변환합니다. 디퓨저를 통과한 가스는 볼류트에 모인 후 응축기로 들어가 응축됩니다. 위의 과정이 그림 1에 나타낸 원심 압축 원리입니다. 또한, 냉기를 응축 및 제거하기 위해 공조 시스템에는 냉각수 시스템과 냉수 시스템이 포함됩니다.
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원심분리기 구성
원심 장치의 구성은 그림 2와 그림 3에 나타낸 바와 같이 원심 압축기, 증발기, 응축기, 스로틀 오리피스, 오일 공급 장치, 제어 캐비닛 등을 포함한다. 압축기는 주로 흡입실, 임펠러, 디퓨저, 벤드, 환류 장치 및 볼류트로 구성된다.
원심분리 장치의 특징
대형 원심분리기의 특징은 다음과 같습니다.
1. 대용량 냉각. 원심 압축기는 흡입 용량이 매우 크기 때문에 단일 장치 기준 냉각 용량이 상대적으로 큽니다. 또한, 구조가 콤팩트하고 무게가 가벼우며 크기가 작아 설치 공간을 적게 차지합니다. 동일한 냉각 용량에서 원심 압축기의 무게는 피스톤 압축기의 1/5~1/8에 불과하며, 냉각 용량이 클수록 이러한 차이는 더욱 두드러집니다.
2. 마모 부품이 적고 신뢰성이 높습니다. 원심 압축기는 작동 중 마모가 거의 없으므로 내구성이 뛰어나고 유지 보수 및 운영 비용이 저렴합니다.
3. 원심 압축기의 압축부는 회전 운동을 하며, 반경 방향 힘이 균형을 이루므로 작동이 안정적이고 진동이 적어 별도의 진동 저감 장치가 필요하지 않습니다.
4. 냉각 용량을 경제적으로 조절할 수 있습니다. 원심 압축기는 가이드 베인 조정과 같은 방법을 사용하여 에너지를 특정 범위 내에서 조절할 수 있습니다.
5. 다단계 압축 및 스로틀링을 쉽게 구현할 수 있으며, 동일한 냉장고를 여러 증발 온도로 작동 및 제어할 수 있습니다.
냉각기의 일반적인 결함
콜드 머신은 시공 및 시운전 과정에서 여러 가지 문제에 직면할 수 있으며, 운영 중에도 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제 및 고장에 대한 대응은 데이터센터 운영 및 유지보수의 안전과 직결됩니다. 다음은 콜드 머신 시공 및 운영 중에 발생했던 몇 가지 사례입니다. 관련 처리 방법 및 경험은 참고용으로만 활용하시기 바랍니다.
01
부하 디버깅 없음
【문제 현상】
데이터센터에서 칠러의 디버깅 및 시험 가동이 필요하지만, 터미널 공조 장비 설치가 완료되지 않았고, 필요한 더미 부하도 부족하여 시운전 작업을 수행할 수 없습니다.
【문제 분석】
데이터센터에 원심분리기 설치가 완료된 후, 전산실의 단말 장비가 설치되지 않고 단말의 냉각수 통로가 막혀 냉각기 디버깅이 불가능한 경우, 부하가 냉각기의 하한 부하에 미치지 못해 디버깅 작업을 진행할 수 없습니다. 또한, 냉각기 디버깅이 완료되지 않아 주 전산실의 서버 장비를 가동할 수 없어 악순환이 발생합니다. 게다가 디버깅 과정에서 필요한 더미 부하 전력이 매우 크고, 실제 작동 과정에서도 많은 전력이 소모됩니다. 이러한 여러 요인으로 인해 냉각기 디버깅에 차질이 생깁니다.
[문제 해결됨]
디버깅 시에는 무부하 디버깅 방식을 사용합니다. 이 방식은 판 열교환기의 열교환 용량을 최대한 활용하여 냉장고 증발기에서 발생한 냉기를 판 열교환기를 통해 응축기 쪽으로 전달하고, 응축기에서 방출된 열을 판 열교환기를 통해 증발기 쪽으로 다시 전달함으로써 냉장고의 냉각 용량과 열 부하를 완벽하게 일치시키는 것입니다. 또한 냉각탑은 압축기의 축 동력만 흡수합니다. 이 방식을 사용하면 다양한 부하 조건에서 종합적인 성능 테스트를 손쉽게 수행할 수 있습니다. 냉각판 교체 및 디버깅 시 냉각수 순환 회로는 그림 4에 나타나 있습니다.
시스템 디버깅 단계는 기본적으로 다음과 같습니다.
1. 서브 컬렉터의 바이패스 밸브를 열어, 터미널 에어컨이 설치되지 않은 경우 물길에 막힘이 없도록 하여 순환이 이루어지도록 하십시오.
2. 냉각기 냉각수 측 밸브와 판 열교환 밸브를 완전히 열어 냉각기와 판 열교환기의 물 흐름이 원활하고 냉각기가 끌어들인 냉수와 판 열교환기가 되돌려준 열이 원활하게 혼합되도록 합니다. 또한 냉각수 펌프를 상시 가동하고 주파수를 45Hz 이상으로 수동으로 조정하여 물 순환이 정상적으로 이루어지도록 합니다.
3. 칠러의 냉각수 밸브를 완전히 열고, 패널 교체 시 냉각수 측 밸브를 부분적으로 열어 냉각수 펌프를 가동하여 정상적인 물 순환이 이루어지도록 합니다. 펌프 주파수를 41~45Hz로 조정하고, 냉각탑 팬은 먼저 가동하지 마십시오.
4. 냉각수 및 냉각수의 정상 작동 조건에서 칠러를 가동하고 단독 시험 운전을 실시하십시오.
5. 칠러의 냉각수 온도가 상승하기 시작하고, 냉수는 냉각되기 시작합니다.
6. 판형 열교환기의 냉각수 밸브 개방 정도에 따라 판형 열교환기의 열전달 용량을 조절하고, 밸브 개방 정도를 1/4에서 완전히 열린 상태 사이로 조절합니다.
7. 냉각수 온도에 따라 냉각탑 팬을 부분적으로 가동하여 압축기의 축 동력을 줄일 수 있도록 합니다.
【경험】
에너지 효율을 낮추고 자연 냉각을 고려하기 위해 데이터 센터는 일반적으로 냉각탑과 판 교환식 냉각 기술을 결합하여 설계됩니다. 시운전 과정에서 판 교환기의 열 교환 용량을 이용하여 칠러의 응축기에서 발생하는 열을 칠러 시운전에 필요한 열 부하로 충분히 활용할 수 있습니다. 즉, 칠러에서 발생하는 냉기를 판 교환기를 통해 제거하는 방식입니다.
무부하 디버깅의 원리는 판형 열교환기의 열교환 용량을 최대한 활용하여 냉장고 증발기에서 발생한 냉기를 판형 열교환기를 통해 응축기 쪽으로 전달하고, 응축기에서 방출된 열을 판형 열교환기를 통해 증발기로 되돌려 전달함으로써 냉장고의 냉각 용량과 열 부하를 일치시키는 것입니다. 이 방법은 조작이 간단하고 구현이 용이합니다.
게시 시간: 2023년 2월 15일
