高海拔地區(qū)集中水冷空調(diào)系統(tǒng)解決方案

楊宇文，金健，周利軍，董聰聰，姜宇光，米楠

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100000）

高海拔地區(qū)主要是指海拔高度高于1000 米的地區(qū)，我國幅員遼闊，具有大面積的高海拔區(qū)域，涵蓋我國西北地區(qū)、北部地區(qū)以及西南地區(qū)。高海拔區(qū)域擁有較低的氣壓、空氣密度和含濕量。本文將基于我國高海拔地區(qū)的特殊性，探究水冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、原理及選型。

1 高海拔地區(qū)水冷空調(diào)系統(tǒng)使用的必要性

我國擁有寬廣的地域面積，地勢涉及山地、高原、丘陵、平原、盆地等，從圖1 可以得知，我國地勢總體上呈現(xiàn)出東邊位置低、西部位置高的現(xiàn)象。現(xiàn)如今大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)等均獲得創(chuàng)新式發(fā)展，并且在信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)環(huán)節(jié)，其重要性日漸凸顯。傳統(tǒng)形式下能耗高的風冷空調(diào)已經(jīng)不再與當前社會生態(tài)發(fā)展理念和節(jié)能理念相吻合。以高海拔地區(qū)的氣候類型特點作為依據(jù)，選擇安裝能耗低、效率高、安全性好的水冷空調(diào)系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2 高海拔地區(qū)水冷空調(diào)系統(tǒng)可行性分析

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器是標準化生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有規(guī)定的風量和熱量，所以在高海拔區(qū)域使用時，所面臨的環(huán)境不同。因為空氣密度下降的同時，確保具有穩(wěn)定不變的制冷量，則應(yīng)加大送回風的溫差。

2.1 機房環(huán)境溫度的確定

（1）A1 類：通常，數(shù)據(jù)中心嚴格控制環(huán)境參數(shù)（露點、溫度和相對濕度)和關(guān)鍵操作；該類型產(chǎn)品通常是為企業(yè)的服務(wù)器和存儲產(chǎn)品設(shè)計這種環(huán)境。

（2）A2 類：通常，信息技術(shù)空間或辦公室或?qū)嶒炇噎h(huán)境一些控制環(huán)境參數(shù)(露點、溫度和相對濕度）；該類型產(chǎn)品通常是為服務(wù)器，存儲產(chǎn)品、個人計算機、工作站設(shè)計這種環(huán)境。

（3）A3/A4 類：通常，信息技術(shù)空間或辦公室或?qū)嶒炇噎h(huán)境一些控制環(huán)境參數(shù)(露點、溫度和相對濕度）；該類型產(chǎn)品通常是為服務(wù)器，存儲產(chǎn)品、個人計算機、工作站設(shè)計這種環(huán)境（如表1）。

（4）按ASHRAE 標準，進風溫度有推薦溫度和允許溫度兩種定義，1℃/300m 的降溫幅度明確是針對允許溫度而言的，同時最大海拔為3050m。

按ASHRAE 標準，進風溫度有推薦溫度和允許溫度兩種定義，機柜進風溫度隨著海拔的升高逐步降低，降低幅度為1℃/300m，降溫幅度明確是針對允許溫度而言的； 按平原區(qū)設(shè)計，空調(diào)送風溫度為27℃，回風溫度為35℃，送回風溫差為8℃；拉薩海拔高度約3650m，溫度降幅比平原高9℃，拉薩數(shù)據(jù)機房設(shè)計送風溫度為18℃，回風溫度為35℃（回風溫度不宜大于37℃），溫差為17℃，室內(nèi)溫度為25℃。國標《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》標準表如表2。

表1 美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會ASHRAE-TC-9.9 標準 在文章中標注

表2 國標《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》標準表

3 冷源設(shè)備的選擇

3.1 空調(diào)冷源方案的選擇

空調(diào)冷源方案為：10KV 高壓離心式冷水機組（2500RT，3 臺）+板式換熱器+開式橫流冷卻塔的模式，設(shè)計冷凍水供回水溫度為15/21℃，夏季冷卻水供回水溫度為25/30℃，冬季冷卻水供回水溫度為13.5/17.5℃。

根據(jù)調(diào)研，冷卻塔冷幅值可以達到3.5℃；板式換熱器內(nèi)冷卻水與冷凍水平均溫差按1.5℃計，當冷凍水供回水溫度為15/21℃時，室外濕球溫度≤10℃時可以完全采用自然冷源，室外濕球溫度≥16℃時，需完全采用電壓縮制冷方式。

空調(diào)系統(tǒng)利用自然冷源運行模式：

模式1：室外濕球溫度≤10℃，冷水機組不開啟，全部由開式塔+板換供冷。

模式2：10℃＜室外濕球溫度＜16℃，冷水機組與開式塔、板換聯(lián)合工作供冷。

模式3：室外濕球氣溫≥16℃，冷水機組開啟供冷。

以冷凍水供回水溫度15/21℃測算，空調(diào)冷源三個階段的運行小時數(shù)如表3。

通過設(shè)置開式冷卻塔和板換在冬季和過渡季中充分利用自然冷源。

表3 空調(diào)冷源三個階段的運行小時數(shù)表

3.2 高海拔區(qū)空調(diào)冷機、冷卻塔的選型要求

（1）在高海拔區(qū)域，由于設(shè)備電氣元件性能受海拔影響較大，在設(shè)備選型時，應(yīng)采用具有高海拔性能的元器件。

（2）空調(diào)冷機：對于規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心（機架數(shù)不少于2000 個，單機架功耗不小于5Kw），建議采用10KV 高壓冷機，其性能如下：在高海拔區(qū)，高壓冷機的制冷效率要優(yōu)于低壓冷機；采用高壓冷機可有效減少冷水機組在啟動時對電網(wǎng)的沖擊，減少線路損耗，同時，可以避免變壓器的鐵損和銅損，為用戶有效節(jié)約運行費用。

（3）冷卻塔：在高海拔區(qū)，風機對冷卻塔的選型有較大影響，風機的電機功率應(yīng)根據(jù)實際工況確定，避免過載；風機選型時，風量依設(shè)計要求，風壓要依設(shè)計值再按密度比推算標況的壓力值。

4 結(jié)語

隨著國家大力實施西部開發(fā)戰(zhàn)略，西部地區(qū)的人們生活質(zhì)量獲得大幅度提升，小型數(shù)據(jù)中心已經(jīng)無法滿足當前的使用需求，本文基于拉薩地區(qū)展開分析，探究高海拔地區(qū)大型數(shù)據(jù)中心集中水冷空調(diào)系統(tǒng)的解決方案。