新風(fēng)精密空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

向金澤，唐國強(qiáng)

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心內(nèi)主要是交換機(jī)、服務(wù)器等多種精密設(shè)備，設(shè)備不間斷運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與處理散發(fā)大量熱量?？照{(diào)系統(tǒng)主要給數(shù)據(jù)中心室內(nèi)降溫，使室內(nèi)溫濕度和空氣潔凈度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，為數(shù)據(jù)中心設(shè)備運(yùn)行提供良好的運(yùn)行環(huán)境。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)達(dá)，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴(kuò)大、設(shè)備不斷增多、負(fù)荷及散熱猛增，因此，單純增加空調(diào)系統(tǒng)數(shù)量或增加制冷量反而增加了機(jī)房的能耗。本文提出的新風(fēng)一體化精密空調(diào)，為數(shù)據(jù)機(jī)房的運(yùn)行提供良好環(huán)境[1-4]。

2 新風(fēng)系統(tǒng)與精密空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合方案設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心不僅配置有中央空調(diào)系統(tǒng)為設(shè)備降溫，有的還單獨(dú)安裝新風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)機(jī)房內(nèi)通風(fēng)空氣。新風(fēng)一體化精密空調(diào)系統(tǒng)將上述兩種設(shè)備功能集合在一起，主要原理就是在精密空調(diào)的上游加裝智能化FCP風(fēng)箱，解決兩種設(shè)備安裝的空間和成本問題，同時(shí)一體化精密空調(diào)設(shè)備運(yùn)行時(shí)能耗將大大降低。

3 節(jié)能原理及不同溫度的工作模式

新風(fēng)一體化精密空調(diào)主要子設(shè)備包含風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、新風(fēng)和回風(fēng)混風(fēng)箱、室內(nèi)外溫濕度傳感器。通過對機(jī)房內(nèi)外溫濕度的監(jiān)測，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的新風(fēng)和回風(fēng)量，確保系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)室外的溫度低于0℃時(shí)，一體化空調(diào)設(shè)備不需要進(jìn)行制冷，而且向內(nèi)輸送過濾后的空氣，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度降溫，此時(shí)也是最節(jié)能狀態(tài)。當(dāng)室外溫度小于18℃，通過吸入少量過濾空氣，同時(shí)開啟送風(fēng)模式，通過風(fēng)冷降低室溫。當(dāng)室外溫度在18℃～24℃時(shí)，一體化空調(diào)系統(tǒng)向內(nèi)輸送少量過濾空氣，同時(shí)大量送風(fēng)，室外機(jī)啟動(dòng)并自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷量。而當(dāng)室外溫度大于24℃，一體化系統(tǒng)啟動(dòng)制冷模式，同時(shí)系統(tǒng)開啟空氣內(nèi)循環(huán)模式，防止外部熱氣進(jìn)入室內(nèi)，最大程度降低一體化空調(diào)運(yùn)行能耗。

4 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 精密空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

一體化新風(fēng)精密空調(diào)系統(tǒng)是經(jīng)過各個(gè)國家長期對照試驗(yàn)后被認(rèn)為能夠滿足計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境變化需求的一種專業(yè)環(huán)境控制設(shè)備，相較傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)其具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。

①計(jì)算機(jī)機(jī)房內(nèi)各種服務(wù)器和主機(jī)等設(shè)備常年不間斷運(yùn)行散發(fā)大量熱量，溫度升高會影響設(shè)備運(yùn)行效率，甚至燒毀配件，空調(diào)系統(tǒng)可將室內(nèi)溫度控制在22℃。

②計(jì)算機(jī)機(jī)房內(nèi)主要為精密儀器，若室內(nèi)濕度較小，長期運(yùn)行易產(chǎn)生大量靜電，對設(shè)備危害較大，若濕度較大易造成設(shè)備插件短路，一體化空調(diào)系統(tǒng)可以將室內(nèi)濕度保持在40%～60%。

③對常年密閉的機(jī)房天花板以下低壓回風(fēng)區(qū)，室內(nèi)空氣進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，新風(fēng)一體機(jī)采用的亞高效過濾網(wǎng)系統(tǒng)可以在空氣循環(huán)時(shí)對空氣進(jìn)行過濾凈化。

④機(jī)房內(nèi)溫度升高主要是因?yàn)樵O(shè)備散熱，這種熱量特點(diǎn)是熱量大、濕度低，其熱濕比接近無窮大，對此情況進(jìn)行等濕降溫必須要大風(fēng)量。一體化新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量大、焓差小，有利于室內(nèi)降溫。

⑤針對機(jī)房散熱源特點(diǎn)，機(jī)房各設(shè)備散熱量大且集中、通風(fēng)口設(shè)置在屏柜設(shè)備的上部或者側(cè)面，而且各設(shè)備常年不間斷運(yùn)行。精密空調(diào)可以采用上送風(fēng)、側(cè)回風(fēng)的方式，自上而下進(jìn)行送風(fēng)迅速冷卻，且可以做到一年四季的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 精密空調(diào)區(qū)域保溫

精密空調(diào)可以使計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部溫度保持在22℃恒溫狀態(tài)，但是機(jī)房外面溫度卻隨著一年四季而變化，在夏天或者冬天等惡劣氣候條件下，機(jī)房內(nèi)外溫差較大，會使空氣中的水汽凝結(jié)，為避免結(jié)露現(xiàn)象對機(jī)房以及相關(guān)設(shè)施造成危害，機(jī)房的保溫工作顯得至關(guān)重要。一體化精密空調(diào)對機(jī)房采用上送風(fēng)的方式，因?yàn)闄C(jī)房樓頂屬于易產(chǎn)生溫差的區(qū)域，此處的保溫就比較重要。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的散熱具有熱量大、濕度小、焓差小、循環(huán)風(fēng)大等特點(diǎn)，機(jī)房環(huán)境對溫濕度、送風(fēng)速度和潔凈度的要求較高。因此，需要根據(jù)機(jī)房特殊環(huán)境配置合適的一體化精密空調(diào)系統(tǒng)以及各種設(shè)施。第一步就是計(jì)算出機(jī)房的熱負(fù)荷，其主要來自兩個(gè)方面。

1）產(chǎn)生熱量

該部分熱量主要是數(shù)據(jù)中心內(nèi)各主設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的散熱、室內(nèi)各種照明等輔助設(shè)備散熱、運(yùn)維人員等散熱。

2）傳導(dǎo)熱量

該部分熱量包含了新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)空氣傳導(dǎo)熱量、陽光輻射熱量、機(jī)房墻壁及窗戶傳導(dǎo)熱量以及其他熱傳導(dǎo)等。

由于條件有限、且熱量也會波動(dòng)，根據(jù)機(jī)房的建造資料可以采用估算校核方式得到大致熱負(fù)荷。對于人員散熱可以取值418.59kJ/（h·人）、室內(nèi)照明和其他各種輔助設(shè)備散熱按照209.29kJ/（h·m2）進(jìn)行取值計(jì)算。機(jī)房內(nèi)各主設(shè)備的散熱，應(yīng)該按照設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行取值。根據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料計(jì)算，數(shù)據(jù)中心機(jī)房熱負(fù)荷一般為300kcal/（h·m2）～500kcal/（h·m2），我國計(jì)算機(jī)機(jī)房的設(shè)備密度較小，設(shè)備利用率大概為80%。因此，若機(jī)房所在建筑為單層，其熱負(fù)荷一般為1046.46kJ/（h·m2）～1674.36kJ/（h·m2），機(jī)房在多層建筑內(nèi)，熱負(fù)荷為837.17kJ/（h·m2）～1465.05kJ/（h·m2）。

4.3 空調(diào)容量選擇

根據(jù)機(jī)房負(fù)荷以及散熱模式的要求，在數(shù)據(jù)中心控制室配置普通空調(diào)有利于提高人體舒適感，機(jī)房設(shè)置功率為70kW的精密空調(diào)機(jī)組。

4.4 空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)出水方式設(shè)計(jì)

4.4.1 加濕系統(tǒng)

機(jī)房空調(diào)配備有加濕裝置，該裝置進(jìn)水管與水源系統(tǒng)采用20PPR熱熔管連接，并且在進(jìn)水管接口處設(shè)置開關(guān)閥門，以方便加濕裝置的檢修。開關(guān)閥門的安裝要注意減壓墊等配件應(yīng)按照說明要求進(jìn)行安裝，且閥門安裝位置應(yīng)在室內(nèi)機(jī)組1m范圍內(nèi)。

4.4.2 排水管道

空調(diào)系統(tǒng)排水管與建筑排水系統(tǒng)用50mm 雙面熱鍍鋅管連接。安裝排水管時(shí)，各種水封彎頭等配件應(yīng)按照說明要求進(jìn)行安裝，仔細(xì)連接排水管道，當(dāng)試水試驗(yàn)無滲漏后固定在墻或地面上。

管道防漏：各種給排水管道在不同的溫濕度環(huán)境下使用壽命不同，溫度等環(huán)境條件惡劣也會使管道老化漏水。因此，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采取相關(guān)措施應(yīng)對排水管道漏水。在機(jī)房空調(diào)機(jī)組安裝處的地面上砌筑40mm×100mm 擋水壩，并在擋水壩范圍內(nèi)設(shè)置下水口，及時(shí)排出管道泄漏水，防止空調(diào)漏水盤溢出導(dǎo)致室內(nèi)精密設(shè)備短路。排水管道設(shè)計(jì)時(shí)，排水方向應(yīng)與管道始端保持1%向下傾斜，利于殘留水流出?；诟袘?yīng)信息技術(shù)，對精密空調(diào)設(shè)計(jì)有漏水報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)檢測到漏水時(shí)及時(shí)推送報(bào)警信息，及時(shí)進(jìn)行檢修維護(hù)。

5 機(jī)房的新風(fēng)設(shè)計(jì)

為確保計(jì)算機(jī)機(jī)房運(yùn)行環(huán)境達(dá)標(biāo)，機(jī)房一般都是全封閉內(nèi)循環(huán)模式，避免外界粉塵進(jìn)入，對精密設(shè)備運(yùn)行造成危害。機(jī)房內(nèi)長期不和外界進(jìn)行空氣流通，室內(nèi)工作人員呼吸不到新鮮空氣，長此以往會導(dǎo)致身體狀況不佳。一體化新風(fēng)系統(tǒng)的作用就是將外界的空氣進(jìn)行過濾凈化進(jìn)來加強(qiáng)室內(nèi)空氣的新鮮和流動(dòng)性。

新風(fēng)系統(tǒng)及機(jī)房配電均按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計(jì)。新風(fēng)系統(tǒng)將外界的空氣進(jìn)行初級和二級凈化后吸入機(jī)房，確保流入機(jī)房內(nèi)的空氣潔凈度符合要求，同時(shí)在兩級空氣過濾時(shí)還對空氣進(jìn)行熱量交換，降低流入空氣的溫度與室內(nèi)溫度的溫差，然后送風(fēng)給精密空調(diào)系統(tǒng)并經(jīng)空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)輸送給各個(gè)工作子區(qū)域，減少空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度的出力，延長了空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)源源不斷地對機(jī)房室內(nèi)送風(fēng)，使機(jī)房內(nèi)形成正壓力，室內(nèi)混濁空氣通過門縫或者排氣孔等流到室外，有效阻止了外界未凈化空氣的流入，提高了機(jī)房空氣潔凈度。新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)與建筑消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，消防系統(tǒng)把火災(zāi)信號傳遞給新風(fēng)系統(tǒng)后立即關(guān)閉新風(fēng)設(shè)備并密閉通風(fēng)口，避免火勢擴(kuò)大。

6 實(shí)際應(yīng)用

6.1 氣候環(huán)境

數(shù)據(jù)中心機(jī)房位于四川某山區(qū)，該地海拔1950m，常年溫度在17℃以下，全年42%的時(shí)間內(nèi)溫度在18℃～24℃，溫度超過25℃的天數(shù)大約十天。冬季氣溫不超過0℃。

6.2 應(yīng)用效果

經(jīng)過采用新風(fēng)一體化精密空調(diào)設(shè)備后，按照1.2 元/（kW·h）電費(fèi)計(jì)算，相較于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，運(yùn)行電費(fèi)支出減少3.6萬左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語

本文通過對數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目自動(dòng)化及通信機(jī)房項(xiàng)目進(jìn)行改造，采用一體化新風(fēng)精密空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對流入空氣的過濾凈化并進(jìn)行溫度交換，確保機(jī)房內(nèi)空氣的潔凈度和溫濕度符合要求。同時(shí)，最大化利用室外空氣冷源，降低空調(diào)系統(tǒng)的降溫出力，降低其運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能降耗的預(yù)期目標(biāo)。本項(xiàng)目的實(shí)施取得了良好社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有較高的推廣價(jià)值。