簡述數(shù)據(jù)中心通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

孫雙霞

長沙中聯(lián)重科環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司 湖南 長沙 410000

在“互聯(lián)網(wǎng)+”與“大數(shù)據(jù)”背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，深度融入國內(nèi)經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)等各個(gè)方面。政府的大力扶植、社會(huì)日益增長的需求，促進(jìn)了信息技術(shù)更快的發(fā)展，同時(shí)對承載數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)中心的需求量越來越大。

1 數(shù)據(jù)中心通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 室內(nèi)環(huán)境要求

數(shù)據(jù)機(jī)房的負(fù)荷大多來源于設(shè)備散熱，其負(fù)荷特點(diǎn)[1]：顯熱負(fù)荷大、濕負(fù)荷很小。數(shù)據(jù)機(jī)房全年不間斷運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境的溫度、相對濕度、空氣潔凈度均需滿足其安全性與使用要求，機(jī)房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)需具有很高的可靠性。

1.2 空調(diào)冷源

冷源采用水冷離心式冷水機(jī)組，單臺(tái)制冷量為：2400USRT（8441kW），冷凍水供回水溫度：17/23℃，冷卻水供回水溫度：30/36℃，冷水機(jī)組采用10kV供電。制冷系統(tǒng)按5+1的備用方式設(shè)置，冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一次泵變流量系統(tǒng)，板式換熱器與冷水機(jī)組一一對應(yīng)，管路設(shè)計(jì)為環(huán)路設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)可在線維護(hù)，提高可靠性。

為滿足IT機(jī)房全年運(yùn)行要求，系統(tǒng)需滿足連續(xù)供冷。一次泵、精密空調(diào)機(jī)組采用UPS（不間斷電源）供電，蓄冷罐容積保證系統(tǒng)滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行15min，該項(xiàng)目蓄冷罐所需有效容積為1200m3，采用開式蓄冷罐，室外放置。市政供電時(shí)，蓄冷罐處于蓄冷狀態(tài)，充滿17℃的冷凍水。

1.3 空調(diào)熱源

本項(xiàng)目不單獨(dú)設(shè)熱源，輔助區(qū)的房間設(shè)水源熱泵機(jī)組（吊頂式），冬季供熱，水源由17℃冷凍水供給。新風(fēng)機(jī)組設(shè)有水源熱泵模塊，采用17℃的冷凍水預(yù)熱，采用水源模塊再熱，滿足室內(nèi)要求后送入室內(nèi)，電加熱作為水源熱泵模塊的備用。補(bǔ)風(fēng)加熱采用17℃的冷凍水加熱至5℃送到室內(nèi)。

1.4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

（1）服務(wù)器機(jī)房（主機(jī)房）。主機(jī)房內(nèi)所有IT機(jī)柜采用面對面、背對背的冷熱通道形式，機(jī)房空調(diào)機(jī)組與機(jī)柜行列成垂直擺布。機(jī)房空調(diào)采用下送上回的送風(fēng)方式：機(jī)房空調(diào)機(jī)組將處理好的冷空氣送入活動(dòng)地板靜壓箱空間，通過地面開放式格柵地板吹向計(jì)算機(jī)設(shè)備，室內(nèi)熱風(fēng)上升，由封閉的熱通道和吊頂靜壓箱進(jìn)行回風(fēng)。

（2）新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)量按以下原則確定[2]：①滿足人員最小新風(fēng)量需求：40m3/人·h。②保證機(jī)房內(nèi)正壓要求：5～10Pa。③夏季新風(fēng)處理至等室內(nèi)露點(diǎn)溫度，以控制室內(nèi)濕度。送入新風(fēng)，使IT和電氣機(jī)房形成正壓，阻止外界灰塵與微粒的滲入，同時(shí)控制室內(nèi)濕度，防止靜電產(chǎn)生、避免凝結(jié)水聚集，保證機(jī)房精密空調(diào)100%顯冷冷卻。該項(xiàng)目機(jī)房新風(fēng)量按1次/h設(shè)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)較多，但都需要設(shè)計(jì)者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的節(jié)能方法。

2.1 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

空調(diào)系統(tǒng)耗電量的15%～30%左右為水泵耗電量，采用變頻調(diào)速技術(shù)可以顯著降低水泵流量，且流量減少后水泵轉(zhuǎn)速降低，根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率會(huì)按照三次方的程度下降。根據(jù)數(shù)據(jù)中心所需冷負(fù)荷大小、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)選擇具有風(fēng)機(jī)調(diào)速功能的機(jī)房專用空調(diào)，實(shí)現(xiàn)大幅度降低空調(diào)消耗的電能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。通常數(shù)據(jù)中心按照N＋1或N＋2冗余配置精密空調(diào)，一旦采用具有風(fēng)機(jī)調(diào)速功能的精密空調(diào)時(shí)，投入運(yùn)行原設(shè)計(jì)方案中的備份空調(diào)，實(shí)現(xiàn)以降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少風(fēng)機(jī)能耗的目的。

同時(shí)設(shè)計(jì)過程都是按照夏天最熱情況計(jì)算大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的制冷量，這就造成全年時(shí)間中大部分時(shí)間空調(diào)系統(tǒng)都為處于全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。除此之外，大型數(shù)據(jù)中心從啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)載通常需要1-3年的時(shí)間。IT負(fù)載能耗并不是一成不變的，而是受到能耗與網(wǎng)絡(luò)訪問量或運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)，可以說這個(gè)能耗本身就是時(shí)刻變化的。比如：某電信綜合大樓包括通信機(jī)房與辦公室，日夜復(fù)合變化較大，選擇中央空調(diào)系統(tǒng)變頻技術(shù)最為合適，這樣不但可以提高制冷效率，還可以在接下來一年的節(jié)省電費(fèi)收回成本。

2.2 充分利用冬季室外冷源

IT設(shè)備與附屬設(shè)備的散熱是數(shù)據(jù)中心的主要熱源，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱僅占到總冷負(fù)荷的2%，這樣我們可以判定一年中數(shù)據(jù)中心的冷負(fù)荷基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但數(shù)據(jù)中心需要全年制冷，但冬季大部分時(shí)間室外環(huán)境溫度都遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)中心規(guī)定的24℃，如果將這部分冷源利用起來為數(shù)據(jù)中心制冷，直接關(guān)閉常規(guī)制冷機(jī)或精密空調(diào)系統(tǒng)，可以大幅度降低能耗提高運(yùn)行效率[3]。目前數(shù)據(jù)中心可以利用水冷自然冷卻與風(fēng)冷自然冷卻的方式實(shí)現(xiàn)冬季室外冷源的利用。

現(xiàn)階段大型數(shù)據(jù)中心中水冷自然冷卻系統(tǒng)是常用的節(jié)能技術(shù)。當(dāng)室外溫度偏低時(shí)，冷卻塔可以提供較低溫度的冷卻水，可以關(guān)掉冷水機(jī)組，使用板式換熱器換熱提供所需的冷凍水，方便精密空調(diào)的使用，通常將這一過程稱為完全自然冷卻階段；當(dāng)處于過渡季節(jié)時(shí)，采用較低溫度冷卻水先進(jìn)板式換熱器與冷凍水回水換熱，可以降低冷凍水溫度1～2℃，通過冷水機(jī)組后將溫度降低至設(shè)計(jì)溫度，這個(gè)階段冷水機(jī)組本身處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，能耗較低，將整個(gè)階段成為部分自然冷卻階段。

2.3 回收排出的熱源

大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中整年都需要冷源，這就要求冷水機(jī)組高效率完成制冷過程。但在冬季與數(shù)據(jù)中心配套的辦公、運(yùn)維及宿舍卻需要熱源解決供暖問題。一般設(shè)計(jì)會(huì)重新設(shè)計(jì)鍋爐或熱泵解決供暖問題，不但需要增加成本，還會(huì)大量消耗能源。如果設(shè)置所需的熱回收冷水機(jī)組，可以將機(jī)房熱量回收利用，為整個(gè)辦公樓提供穩(wěn)定且免費(fèi)的熱源供空調(diào)系統(tǒng)供暖使用，這樣可以減少冷水機(jī)組運(yùn)行中的熱量排放，還可以降低鍋爐燃?xì)饣蛉加偷氖褂昧?，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。

3 結(jié)束語

總之，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)客戶不同標(biāo)準(zhǔn)的需求，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇適宜的方案。考慮到很多大型數(shù)據(jù)中心分期建設(shè)的情況，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮周全，以備在后期的實(shí)施中，根據(jù)客戶的實(shí)際需要做出相應(yīng)快速、便利地調(diào)整。