การวิเคราะห์กรณีศึกษาเกี่ยวกับเครื่องทำความเย็น

อุปกรณ์ทำความเย็นหลักในศูนย์ข้อมูลเรียกว่าเครื่องทำความเย็น (chiller) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของระบบปรับอากาศในศูนย์ข้อมูล โดยทั่วไปสารทำความเย็นคือน้ำ การระบายความร้อนของคอนเดนเซอร์ทำได้โดยการแลกเปลี่ยนความร้อนและการระบายความร้อนของน้ำอุณหภูมิปกติ ดังนั้นจึงเรียกว่าหน่วยระบายความร้อนด้วยน้ำ ศูนย์ข้อมูลมีความต้องการกำลังการทำความเย็นสูง และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้ดีขึ้นโดยการเลือกใช้หน่วยแบบแรงเหวี่ยง ในบทความนี้ เครื่องทำความเย็นหมายถึงหน่วยแบบแรงเหวี่ยงโดยเฉพาะ

คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงเป็นคอมเพรสเซอร์แบบหมุนด้วยความเร็วสูง ท่อดูดนำก๊าซที่จะถูกอัดเข้าสู่ทางเข้าของใบพัด ก๊าซจะหมุนด้วยความเร็วสูงไปพร้อมกับใบพัดภายใต้การทำงานของใบพัด ก๊าซทำงาน ความเร็วของก๊าซเพิ่มขึ้น จากนั้นจะถูกดูดออกจากทางออกของใบพัดและนำเข้าสู่ห้องกระจายลม เนื่องจากก๊าซไหลออกจากใบพัดจึงมีความเร็วการไหลสูง เพื่อแปลงความเร็วส่วนนี้ให้เป็นพลังงานความดัน จึงติดตั้งตัวกระจายลมที่มีหน้าตัดการไหลขยายตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อแปลงพลังงานเป็นการเพิ่มความดันของก๊าซ หลังจากที่ก๊าซที่กระจายตัวแล้วถูกรวบรวมในท่อก้นหอย มันจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ของเครื่องเพื่อควบแน่น กระบวนการข้างต้นเป็นหลักการอัดแบบแรงเหวี่ยง ดังแสดงในรูปที่ 1 นอกจากนี้ เพื่อให้เกิดการควบแน่นและนำความเย็นออกไป ระบบปรับอากาศจึงประกอบด้วยระบบน้ำหล่อเย็นและระบบน้ำเย็น

01

องค์ประกอบของหน่วยแรงเหวี่ยง

ส่วนประกอบของชุดคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงมีดังนี้: ประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง, เครื่องระเหย, เครื่องควบแน่น, รูควบคุมการไหล, อุปกรณ์จ่ายน้ำมัน, ตู้ควบคุม ฯลฯ ดังแสดงในรูปที่ 2 และรูปที่ 3 คอมเพรสเซอร์ประกอบด้วยส่วนหลักๆ ได้แก่ ห้องดูด, ใบพัด, ตัวกระจายลม, ส่วนโค้ง และอุปกรณ์ไหลย้อนกลับ และตัวเรือนแบบก้นหอย

คุณลักษณะของหน่วยแรงเหวี่ยง
คุณลักษณะของเครื่องเหวี่ยงแยกสารขนาดใหญ่มีดังต่อไปนี้:
1. กำลังการทำความเย็นสูง เนื่องจากกำลังดูดของคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงไม่สามารถน้อยเกินไปได้ ดังนั้นกำลังการทำความเย็นต่อหน่วยของคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงจึงค่อนข้างสูง โครงสร้างกะทัดรัด น้ำหนักเบา และขนาดเล็ก จึงใช้พื้นที่น้อย ภายใต้กำลังการทำความเย็นที่เท่ากัน น้ำหนักของคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงมีเพียง 1/5 ถึง 1/8 ของคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ และยิ่งกำลังการทำความเย็นสูงเท่าไร ก็ยิ่งเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น
2. ชิ้นส่วนสึกหรอน้อยและมีความน่าเชื่อถือสูง คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงแทบไม่มีการสึกหรอระหว่างการทำงาน ดังนั้นจึงทนทานและมีค่าบำรุงรักษาและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำ
3. ส่วนการอัดอากาศในคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน และแรงในแนวรัศมีมีความสมดุล ดังนั้นการทำงานจึงมีเสถียรภาพ การสั่นสะเทือนน้อย และไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ลดการสั่นสะเทือนพิเศษใดๆ
4. สามารถปรับกำลังการทำความเย็นได้อย่างประหยัด คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงสามารถใช้วิธีต่างๆ เช่น การปรับใบพัดนำทาง เพื่อปรับพลังงานให้อยู่ภายในช่วงที่กำหนด
5. การนำระบบอัดและควบคุมการไหลแบบหลายขั้นตอนมาใช้ทำได้ง่าย และสามารถใช้งานตู้เย็นเดียวกันที่มีอุณหภูมิการระเหยหลายระดับได้

ข้อบกพร่องทั่วไปของเครื่องทำความเย็น

เครื่องทำความเย็นแบบเย็นจะประสบปัญหาบางประการในระหว่างการก่อสร้างและการทดสอบระบบ และอาจเกิดความล้มเหลวขึ้นในระหว่างการใช้งาน การจัดการปัญหาและความผิดพลาดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาศูนย์ข้อมูล ต่อไปนี้เป็นกรณีตัวอย่างบางส่วนที่เกิดขึ้นในระหว่างการก่อสร้างและการใช้งานเครื่องทำความเย็นแบบเย็น วิธีการและประสบการณ์ที่เกี่ยวข้องใช้เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงเท่านั้น

01

ไม่มีการดีบักโหลด

【ปรากฏการณ์ปัญหา】
ศูนย์ข้อมูลแห่งหนึ่งต้องการดีบักและทดสอบการทำงานของเครื่องทำความเย็น แต่การติดตั้งอุปกรณ์ปรับอากาศปลายทางยังไม่เสร็จสมบูรณ์ และสถานที่นั้นยังขาดโหลดจำลองที่จำเป็น ดังนั้นจึงไม่สามารถดำเนินการทดสอบการทำงานได้
【การวิเคราะห์ปัญหา】
หลังจากติดตั้งชุดเครื่องปั่นเหวี่ยงในศูนย์ข้อมูลเสร็จแล้ว แต่ยังไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์ปลายทางในห้องคอมพิวเตอร์ ท่อส่งน้ำเย็นที่อุปกรณ์ปลายทางถูกปิดกั้น และไม่สามารถทำการดีบักเครื่องทำความเย็นได้ โหลดน้อยเกินไปที่จะถึงขีดจำกัดโหลดต่ำสุดของเครื่องทำความเย็น ทำให้ไม่สามารถทำการดีบักได้ ในทางกลับกัน เนื่องจากเครื่องทำความเย็นยังไม่ได้ทำการดีบัก อุปกรณ์เซิร์ฟเวอร์ในห้องคอมพิวเตอร์หลักจึงไม่สามารถเปิดใช้งานและทำงานได้ ทำให้เกิดวงจรวนซ้ำไม่รู้จบ นอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการดีบัก พลังงานโหลดจำลองที่ต้องการมีขนาดใหญ่มาก และกระบวนการทำงานจะใช้พลังงานจำนวนมาก ปัจจัยข้างต้นทำให้การดีบักเครื่องทำความเย็นกลายเป็นปัญหา
【แก้ไขปัญหาเรียบร้อยแล้ว】
ใช้การดีบักแบบไม่มีโหลดในการดีบัก กระบวนการนี้ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างเต็มที่ โดยแลกเปลี่ยนความเย็นที่เกิดจากคอยล์เย็นของตู้เย็นไปยังด้านคอยล์ร้อนของตู้เย็นผ่านแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน และแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปล่อยออกมาจากคอยล์ร้อนของตู้เย็นกลับไปยังด้านคอยล์เย็นผ่านแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อให้เกิดความสมดุลอย่างสมบูรณ์ระหว่างความสามารถในการทำความเย็นของตู้เย็นกับภาระความร้อน และหอระบายความร้อนจะรับภาระกำลังจากเพลาของคอมเพรสเซอร์เท่านั้น การใช้วิธีนี้ทำให้สามารถทดสอบประสิทธิภาพโดยรวมภายใต้โหลดที่แตกต่างกันได้อย่างง่ายดาย วงจรการไหลเวียนของน้ำในการเปลี่ยนและดีบักแผ่นทำความเย็นแสดงในรูปที่ 4

ขั้นตอนการแก้ไขข้อผิดพลาดของระบบโดยพื้นฐานแล้วมีดังนี้:
1. เปิดวาล์วบายพาสในท่อร่วมไอเสีย และตรวจสอบให้แน่ใจว่าทางเดินน้ำไม่ถูกปิดกั้น เพื่อให้เกิดการไหลเวียนเมื่อไม่ได้ติดตั้งเครื่องปรับอากาศปลายทาง

2. เปิดวาล์วฝั่งน้ำเย็นของเครื่องทำความเย็นและวาล์วแลกเปลี่ยนความร้อนให้สุด เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของน้ำในเครื่องทำความเย็นและวาล์วแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นไปอย่างราบรื่น และน้ำเย็นที่ดึงมาจากเครื่องทำความเย็นและความร้อนที่ส่งกลับจากวาล์วแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถผสมกันได้อย่างราบรื่น เปิดปั๊มน้ำเย็นตามปกติและปรับความถี่ด้วยตนเองให้เป็น 45 เฮิรตซ์ขึ้นไป และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการไหลเวียนของน้ำเป็นปกติ

3. เปิดวาล์วน้ำหล่อเย็นของเครื่องทำความเย็นให้สุด เปิดวาล์วน้ำหล่อเย็นด้านแผงเปลี่ยนถ่ายบางส่วน และเปิดปั๊มน้ำหล่อเย็นเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำไหลเวียนตามปกติ ปรับความถี่ของปั๊มเป็น 41-45 เฮิรตซ์ อย่าเพิ่งเปิดพัดลมระบายความร้อนของหอระบายความร้อนก่อน

4. ภายใต้สภาวะปกติของน้ำเย็นและน้ำหล่อเย็น ให้เปิดเครื่องทำความเย็นและดำเนินการทดสอบการทำงานแบบแยกอิสระ

5. อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นของเครื่องทำความเย็นเริ่มสูงขึ้น และน้ำเย็นเริ่มเย็นลง

6. ปรับความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนตามการเปิดวาล์วน้ำหล่อเย็นของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน โดยปรับการเปิดวาล์วให้อยู่ระหว่าง 1/4 ถึงเปิดเต็มที่

7. เปิดพัดลมของหอระบายความร้อนเพียงบางส่วนตามอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็น โดยเลือกเปิดในระดับที่สามารถลดภาระกำลังของเพลาคอมเพรสเซอร์ได้

【ประสบการณ์】
เพื่อลดการใช้พลังงานและคำนึงถึงการระบายความร้อนตามธรรมชาติ ศูนย์ข้อมูลโดยทั่วไปจึงได้รับการออกแบบด้วยเทคโนโลยีระบายความร้อนแบบหอระบายความร้อน + แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ในระหว่างการทดสอบระบบ ความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถนำมาใช้เพื่อรับความร้อนจากคอนเดนเซอร์ของเครื่องทำความเย็นให้เพียงพอต่อการใช้งานเครื่องทำความเย็น กล่าวคือ ความเย็นที่เกิดจากเครื่องทำความเย็นจะถูกระบายออกโดยแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน
หลักการของการปรับสมดุลขณะไม่มีโหลด คือการใช้ประโยชน์จากความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างเต็มที่ โดยแลกเปลี่ยนความเย็นที่เกิดจากคอยล์เย็นของตู้เย็นไปยังด้านคอยล์ร้อนของตู้เย็นผ่านแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน และแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปล่อยออกมาจากคอยล์ร้อนของตู้เย็นกลับไปยังคอยล์เย็นผ่านแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อให้ความสามารถในการทำความเย็นและภาระความร้อนของตู้เย็นสมดุลกัน วิธีนี้ใช้งานง่ายและนำไปปฏิบัติได้สะดวก