简述数据中心通风空调系统设计特点

2018-02-16孙双霞

建筑与装饰 2018年17期

关键词：冷源冷水机组热源

孙双霞

长沙中联重科环境产业有限公司湖南长沙 410000

在“互联网+”与“大数据”背景下，互联网技术的应用越来越广泛，深度融入国内经济、文化、社会等各个方面。政府的大力扶植、社会日益增长的需求，促进了信息技术更快的发展，同时对承载数据集成的数据中心的需求量越来越大。

1 数据中心通风空调系统设计

1.1 室内环境要求

数据机房的负荷大多来源于设备散热，其负荷特点[1]：显热负荷大、湿负荷很小。数据机房全年不间断运行，运行环境的温度、相对湿度、空气洁净度均需满足其安全性与使用要求，机房内的空调系统需具有很高的可靠性。

1.2 空调冷源

冷源采用水冷离心式冷水机组，单台制冷量为：2400USRT（8441kW），冷冻水供回水温度：17/23℃，冷却水供回水温度：30/36℃，冷水机组采用10kV供电。制冷系统按5+1的备用方式设置，冷冻水系统设计为一次泵变流量系统，板式换热器与冷水机组一一对应，管路设计为环路设计，保证系统可在线维护，提高可靠性。

为满足IT机房全年运行要求，系统需满足连续供冷。一次泵、精密空调机组采用UPS（不间断电源）供电，蓄冷罐容积保证系统满负荷连续运行15min，该项目蓄冷罐所需有效容积为1200m3，采用开式蓄冷罐，室外放置。市政供电时，蓄冷罐处于蓄冷状态，充满17℃的冷冻水。

1.3 空调热源

本项目不单独设热源，辅助区的房间设水源热泵机组（吊顶式），冬季供热，水源由17℃冷冻水供给。新风机组设有水源热泵模块，采用17℃的冷冻水预热，采用水源模块再热，满足室内要求后送入室内，电加热作为水源热泵模块的备用。补风加热采用17℃的冷冻水加热至5℃送到室内。

1.4 空调风系统

（1）服务器机房（主机房）。主机房内所有IT机柜采用面对面、背对背的冷热通道形式，机房空调机组与机柜行列成垂直摆布。机房空调采用下送上回的送风方式：机房空调机组将处理好的冷空气送入活动地板静压箱空间，通过地面开放式格栅地板吹向计算机设备，室内热风上升，由封闭的热通道和吊顶静压箱进行回风。

（2）新风系统。新风量按以下原则确定[2]：①满足人员最小新风量需求：40m3/人·h。②保证机房内正压要求：5～10Pa。③夏季新风处理至等室内露点温度，以控制室内湿度。送入新风，使IT和电气机房形成正压，阻止外界灰尘与微粒的渗入，同时控制室内湿度，防止静电产生、避免凝结水聚集，保证机房精密空调100%显冷冷却。该项目机房新风量按1次/h设计。

2 数据中心空调系统节能技术要点

数据中心空调系统节能技术较多，但都需要设计者结合实际工作经验，选择合适的节能方法。

2.1 变频节能技术的应用

空调系统耗电量的15%～30%左右为水泵耗电量，采用变频调速技术可以显著降低水泵流量，且流量减少后水泵转速降低，根据电动机所需功率会按照三次方的程度下降。根据数据中心所需冷负荷大小、风机转速的调节选择具有风机调速功能的机房专用空调，实现大幅度降低空调消耗的电能，实现节能的目的。通常数据中心按照N＋1或N＋2冗余配置精密空调，一旦采用具有风机调速功能的精密空调时，投入运行原设计方案中的备份空调，实现以降低风机转速减少风机能耗的目的。

同时设计过程都是按照夏天最热情况计算大型数据中心空调系统的制冷量，这就造成全年时间中大部分时间空调系统都为处于全负荷运行状态。除此之外，大型数据中心从启动到满负荷运载通常需要1-3年的时间。IT负载能耗并不是一成不变的，而是受到能耗与网络访问量或运行状态相关，可以说这个能耗本身就是时刻变化的。比如：某电信综合大楼包括通信机房与办公室，日夜复合变化较大，选择中央空调系统变频技术最为合适，这样不但可以提高制冷效率，还可以在接下来一年的节省电费收回成本。

2.2 充分利用冬季室外冷源

IT设备与附属设备的散热是数据中心的主要热源，建筑围护结构散热仅占到总冷负荷的2%，这样我们可以判定一年中数据中心的冷负荷基本处于稳定状态。但数据中心需要全年制冷，但冬季大部分时间室外环境温度都远低于数据中心规定的24℃，如果将这部分冷源利用起来为数据中心制冷，直接关闭常规制冷机或精密空调系统，可以大幅度降低能耗提高运行效率[3]。目前数据中心可以利用水冷自然冷却与风冷自然冷却的方式实现冬季室外冷源的利用。

现阶段大型数据中心中水冷自然冷却系统是常用的节能技术。当室外温度偏低时，冷却塔可以提供较低温度的冷却水，可以关掉冷水机组，使用板式换热器换热提供所需的冷冻水，方便精密空调的使用，通常将这一过程称为完全自然冷却阶段；当处于过渡季节时，采用较低温度冷却水先进板式换热器与冷冻水回水换热，可以降低冷冻水温度1～2℃，通过冷水机组后将温度降低至设计温度，这个阶段冷水机组本身处于部分负荷运行状态，能耗较低，将整个阶段成为部分自然冷却阶段。

2.3 回收排出的热源

大型数据中心运行中整年都需要冷源，这就要求冷水机组高效率完成制冷过程。但在冬季与数据中心配套的办公、运维及宿舍却需要热源解决供暖问题。一般设计会重新设计锅炉或热泵解决供暖问题，不但需要增加成本，还会大量消耗能源。如果设置所需的热回收冷水机组，可以将机房热量回收利用，为整个办公楼提供稳定且免费的热源供空调系统供暖使用，这样可以减少冷水机组运行中的热量排放，还可以降低锅炉燃气或燃油的使用量，降低对生态环境的破坏。