內(nèi)蒙古某金融數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱 傲 宋海峰 郭志成 高 景 劉 彬

(1.華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司,杭州;2.中國(guó)銀行股份有限公司,北京)

0 引言

近年來,隨著我國(guó)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,金融數(shù)據(jù)中心作為其信息體系的重要載體也得到快速發(fā)展,單機(jī)柜功耗和整體建設(shè)規(guī)模均大幅增加。對(duì)于金融數(shù)據(jù)中心而言,保障其業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要,這對(duì)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施安全要求更加嚴(yán)苛。此外,我國(guó)自2020年首次提出“雙碳”政策以來,各行業(yè)先后出臺(tái)了節(jié)能減排指導(dǎo)性文件。2022年1月,中國(guó)人民銀行印發(fā)的《金融科技發(fā)展規(guī)劃(2022—2025年)》中指出,要“建設(shè)綠色高可用數(shù)據(jù)中心”[1]。由此可見,建設(shè)安全、綠色、低碳的數(shù)據(jù)中心,已經(jīng)成為金融行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

美國(guó)Uptime Institute(全球公認(rèn)的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)組織和第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu))發(fā)布的《Data center site infrastructure tier standard： topology》和《Data center site infrastructure tier standard： operational sustainability》中根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施可用性、可靠性及運(yùn)維管理服務(wù)能力把數(shù)據(jù)中心分為TierⅠ、TierⅡ、TierⅢ、TierⅣ 4個(gè)級(jí)別,這也是目前國(guó)際認(rèn)可度比較高的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)金融數(shù)據(jù)中心大多以GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中的A級(jí)數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)依據(jù),也有部分項(xiàng)目為了保障其基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性和安全性,按Tier Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造。Tier Ⅳ作為Tier等級(jí)中的最高等級(jí),要求設(shè)備和線路均按可容錯(cuò)原則配置。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)而言,系統(tǒng)冷源和空調(diào)末端均為2N(N為系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本需求配置,2N為2套系統(tǒng))架構(gòu),且2個(gè)系統(tǒng)的線路需錯(cuò)開布置,滿足物理隔離要求[2]。

數(shù)據(jù)中心需要全年供冷,且冷負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定,降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是提高數(shù)據(jù)中心能效、降低PUE(電能利用效率)的關(guān)鍵,充分利用自然冷源是降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要舉措[3]。目前,風(fēng)冷冷水系統(tǒng)(自然冷卻型)廣泛應(yīng)用于中大型數(shù)據(jù)中心,該系統(tǒng)冬季利用空氣冷卻盤管實(shí)現(xiàn)自然冷卻,其技術(shù)成熟,耗水量低,主要應(yīng)用于我國(guó)嚴(yán)寒、寒冷及水資源匱乏的地區(qū)。近年來,空氣側(cè)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)也逐步應(yīng)用于中大型數(shù)據(jù)中心,該技術(shù)利用室外干濕球溫度差實(shí)現(xiàn)自然冷卻,節(jié)能效果明顯,主要應(yīng)用于具有較低濕球溫度和較大干濕球溫度差的干燥地區(qū)[4-5]。本文以內(nèi)蒙古某金融數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)為例,介紹了間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)冷冷水系統(tǒng)的組合應(yīng)用,通過設(shè)計(jì)2N架構(gòu)的空調(diào)系統(tǒng),為數(shù)據(jù)中心高效運(yùn)行提供有效保障,供金融數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考。

1 工程概述

該項(xiàng)目為內(nèi)蒙古某金融數(shù)據(jù)中心工程,位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市和林格爾新區(qū)云谷片區(qū)(見圖1)。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)分為3期,1期包括7棟辦公樓、4棟數(shù)據(jù)中心、2棟動(dòng)力中心、1棟輔助用房,1期總建筑面積為133 760 m2,其中B1數(shù)據(jù)中心建筑面積為14 885 m2。地上3層,建筑高度20.10 m。1層為水泵房、配電室、電池室、外網(wǎng)核心機(jī)房及輔助用房;2、3層主要為數(shù)據(jù)機(jī)房、配電室和電池室。B1數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)期共規(guī)劃部署1 142個(gè)IT機(jī)柜,單機(jī)柜功耗以8 kW/機(jī)柜為主,滿載容量為6 646 kW,參照Tier Ⅳ等級(jí)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

圖1 園區(qū)鳥瞰圖

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.1室外設(shè)計(jì)參數(shù)

和林格爾縣屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,其主要特征是干旱、多風(fēng)、寒冷、晝夜溫差大。年平均氣溫為6.2 ℃,年降水量為392 mm。根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》提供的氣象參數(shù),呼和浩特市全年干球溫度時(shí)長(zhǎng)分布如圖2所示,全年濕球溫度時(shí)長(zhǎng)分布如圖3所示,室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表1。根據(jù)《2021 ASHRAE handbook： fundamentals (SI edition)》統(tǒng)計(jì)的氣象資料,呼和浩特市20 a內(nèi)夏季極端干球溫度為37.2 ℃,極端濕球溫度為24.6 ℃。

圖2 全年干球溫度時(shí)長(zhǎng)分布

圖3 全年濕球溫度時(shí)長(zhǎng)分布

表1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求冷通道和機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度為18.0～27.0 ℃,露點(diǎn)溫度宜為5.5～15.0 ℃,同時(shí)相對(duì)濕度不宜大于60%。相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房,采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組制冷時(shí),為了進(jìn)一步延長(zhǎng)自然冷卻時(shí)間,機(jī)房送風(fēng)溫度有所提升。

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 空調(diào)負(fù)荷及冷源配置

2.2.1冷負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)工藝規(guī)劃,B1數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)機(jī)房終期可安裝數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)柜功耗為6 736 kW(含運(yùn)營(yíng)商接入室內(nèi)的IT設(shè)備功耗),變配電室及電池室發(fā)熱量為836 kW,數(shù)據(jù)中心夏季最大冷負(fù)荷為8 029 kW(含建筑負(fù)荷),計(jì)算結(jié)果見表3?？紤]1.10的冷量冗余系數(shù),風(fēng)冷冷水系統(tǒng)配置總冷量為8 832 kW。

2.2.2冷源設(shè)計(jì)

表3 B1數(shù)據(jù)中心冷負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)呼和浩特的氣候特點(diǎn),結(jié)合該數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷,該項(xiàng)目數(shù)據(jù)機(jī)房采用風(fēng)冷冷水系統(tǒng)+間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組,組成2套獨(dú)立冷源,風(fēng)冷冷水系統(tǒng)空調(diào)末端采用冷水型下送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組作為數(shù)據(jù)機(jī)房的主用冷源。

配電室和電池室采用風(fēng)冷冷水系統(tǒng)+單元式風(fēng)冷變頻機(jī)房專用空調(diào),組成2套獨(dú)立冷源,風(fēng)冷冷水系統(tǒng)空調(diào)末端采用冷水型上送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組,風(fēng)冷冷水系統(tǒng)作為配電室和電池室的主用冷源?？照{(diào)冷源按2N架構(gòu)設(shè)計(jì),滿足Tier Ⅳ等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。空調(diào)冷源主要配置見表4。

表4 B1數(shù)據(jù)中心冷源配置

2.2.2.1風(fēng)冷冷水系統(tǒng)

集中式風(fēng)冷冷水系統(tǒng)共配置了7臺(tái)單臺(tái)制冷量為1 500 kW的自然冷卻型風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組,六用一備,安裝于屋頂架構(gòu)層。此外,系統(tǒng)還配置了7臺(tái)變頻冷水泵、2臺(tái)自動(dòng)定壓補(bǔ)水排氣裝置、2臺(tái)微晶旁流水處理器、2臺(tái)全自動(dòng)軟化水裝置、3臺(tái)閉式蓄冷罐等,分別安裝于1層水泵房和1層蓄冷罐房,主要設(shè)備參數(shù)見表5。

表5 風(fēng)冷冷水系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

系統(tǒng)冷水供/回水溫度為15 ℃/21 ℃,采用一級(jí)泵變流量環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),各機(jī)房管路設(shè)計(jì)考慮互用互通,提高安全性,同時(shí)在每個(gè)分支點(diǎn)兩端設(shè)置隔離閥,保證單點(diǎn)維護(hù)時(shí)不影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行,風(fēng)冷冷水系統(tǒng)流程圖見圖4。

蓄冷罐儲(chǔ)水容量按保障空調(diào)持續(xù)運(yùn)行15 min設(shè)計(jì),以解決市電中斷、柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)至冷水機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行這段時(shí)間的空調(diào)系統(tǒng)供冷,保證空調(diào)系統(tǒng)與通信設(shè)備不間斷運(yùn)行。系統(tǒng)補(bǔ)水采用獨(dú)立水源+補(bǔ)水池的方式,按12 h的系統(tǒng)補(bǔ)水量配置補(bǔ)水池。

數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)空調(diào)末端采用冷水型下送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組,按單個(gè)機(jī)房總冷負(fù)荷配置,不設(shè)冗余。配電室、電池室采用冷水型上送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組,按N+X(X為備用的空調(diào)數(shù)量)冗余布置(當(dāng)N≤5時(shí),X=1;當(dāng)N>5時(shí),X=2)。

2.2.2.2間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組

間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組是可作為獨(dú)立冷源的空氣處理機(jī)組,利用空氣-空氣換熱器將數(shù)據(jù)中心內(nèi)機(jī)柜產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移至室外,實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)外空氣的非接觸換熱[6]。機(jī)組主要由空氣-空氣換熱器、噴淋組件、風(fēng)機(jī)組件、機(jī)械補(bǔ)冷組件及控制系統(tǒng)組成,結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖4 風(fēng)冷冷水系統(tǒng)流程圖

圖5 間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)室外氣象工況,機(jī)組共有3種運(yùn)行模式,分別為干工況模式、濕工況模式、混合工況模式。

1) 干工況模式。

噴淋組件和機(jī)械補(bǔ)冷組件不運(yùn)行,室內(nèi)空氣與室外空氣在空氣-空氣換熱器處進(jìn)行顯熱交換,用低干球溫度的室外空氣直接冷卻機(jī)房?jī)?nèi)空氣。被冷卻的數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)空氣由風(fēng)道直接送入機(jī)房。

2) 濕工況模式。

噴淋組件運(yùn)行,機(jī)械補(bǔ)冷組件不運(yùn)行,室外空氣利用噴淋水實(shí)現(xiàn)等焓降溫,機(jī)組將室外空氣處理至接近濕球溫度后,與室內(nèi)空氣進(jìn)行顯熱交換。

3) 混合工況模式。

噴淋組件正常運(yùn)行,室外空氣經(jīng)過等焓降溫后與室內(nèi)空氣進(jìn)行換熱,室內(nèi)側(cè)送風(fēng)溫度仍無法滿足設(shè)計(jì)要求,此時(shí)機(jī)械補(bǔ)冷組件運(yùn)行,對(duì)室內(nèi)側(cè)送風(fēng)溫度進(jìn)行降溫除濕,保證數(shù)據(jù)中心送風(fēng)溫度滿足服務(wù)器設(shè)計(jì)要求。

運(yùn)行模式的氣象工況切換點(diǎn)取決于室內(nèi)送回風(fēng)溫度和空氣-空氣換熱器的換熱效率,機(jī)械補(bǔ)冷量Q2由機(jī)組制冷量Q和夏季設(shè)計(jì)工況下的間接蒸發(fā)制冷量Q1決定。計(jì)算公式見式(1)～(4)[7]。

(1)

(2)

(3)

Q2=Q-Q1

(4)

式(1)～(4)中tos為室外空氣干球溫度,℃;tir為室內(nèi)空調(diào)回風(fēng)溫度,℃,取36 ℃;tis為室內(nèi)空調(diào)送風(fēng)溫度,℃,取24 ℃;ηd為干工況下空氣-空氣換熱器的換熱效率,一般不大于0.6;t′os為室外空氣濕球溫度,℃;ηw為濕工況下空氣-空氣換熱器的換熱效率,一般不大于0.7;cp為空氣的比定壓熱容,kJ/(kg·K),取1.01 kJ/(kg·K);qv為室內(nèi)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量,m3/h;ρ為空氣密度,kg/m3,取1.18 kg/m3;t′is為極端濕球溫度工況下間接蒸發(fā)段的送風(fēng)溫度,℃。

由上述計(jì)算可得,tos≤16 ℃,t′os≤19 ℃。當(dāng)極端濕球溫度為24.6 ℃時(shí),t′is=28.02 ℃,Q1=126.8 kW,Q2=73.2 kW。即室外干球溫度≤16 ℃時(shí),機(jī)組以干工況模式運(yùn)行;室外干球溫度>16 ℃,濕球溫度≤19 ℃時(shí),機(jī)組以濕工況模式運(yùn)行;室外濕球溫度>19 ℃時(shí),機(jī)組以混合工況模式運(yùn)行,極端濕球工況下,機(jī)組所需機(jī)械補(bǔ)冷量為73.2 kW。

該項(xiàng)目數(shù)據(jù)機(jī)房共配置48臺(tái)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組,單個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房配置6臺(tái)機(jī)組,五用一備,機(jī)組性能參數(shù)見表6。間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組均采用變頻壓縮機(jī)補(bǔ)冷,配置補(bǔ)冷容量為機(jī)組制冷量的50%。間接蒸發(fā)冷卻機(jī)空調(diào)組的室內(nèi)外風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)均采用UPS保障供電,保障時(shí)間為15 min,滿足GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》A級(jí)要求。單個(gè)機(jī)房空調(diào)設(shè)備布置平面圖見圖6,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組與冷水型下送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組分設(shè)2個(gè)空調(diào)區(qū),實(shí)現(xiàn)物理隔離。

表6 間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組性能參數(shù)

注：AHU為間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組;ACU為冷水型下送風(fēng)房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組。圖6 主機(jī)房空調(diào)布置平面圖

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行模式與節(jié)能分析

2.3.1各系統(tǒng)運(yùn)行模式與時(shí)長(zhǎng)分布

該項(xiàng)目風(fēng)冷冷水空調(diào)系統(tǒng)和間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組運(yùn)行模式及各模式時(shí)長(zhǎng)占比分別如表7、8所示。采用風(fēng)冷冷水系統(tǒng)時(shí),完全自然冷卻時(shí)長(zhǎng)占全年時(shí)長(zhǎng)的45%;而采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí),“干工況”運(yùn)行模式占全年時(shí)長(zhǎng)的69%,節(jié)能效果顯著。正常運(yùn)行時(shí),IT機(jī)房全年采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組制冷,配電用房全年采用風(fēng)冷冷水系統(tǒng)制冷。當(dāng)IT機(jī)房間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組故障數(shù)量超過其冗余數(shù)量時(shí),IT機(jī)房切換至風(fēng)冷冷水系統(tǒng)制冷。

表8 間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組運(yùn)行模式及時(shí)長(zhǎng)占比

2.3.2PUE和WUE測(cè)算

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”節(jié)能規(guī)劃》的要求,新建數(shù)據(jù)中心須達(dá)到綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),PUE值不超過1.3[8]。該項(xiàng)目主機(jī)房采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組制冷時(shí),全年年均PUE計(jì)算值見表9,計(jì)算得出年均PUE為1.18(<1.30),優(yōu)于內(nèi)蒙古政策要求。年均WUE計(jì)算值見表10,年均WUE為0.49 L/(kW·h)(<2.00 L/(kW·h))。相較于采用水冷冷水系統(tǒng),間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組和風(fēng)冷冷水系統(tǒng)的節(jié)水優(yōu)勢(shì)也十分明顯。

表9 年均PUE計(jì)算

表10 年均WUE計(jì)算

3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

3.1 氣流組織

該項(xiàng)目主機(jī)房采用彌漫送風(fēng)+封閉熱通道的氣流組織形式,相對(duì)于傳統(tǒng)地板下送風(fēng)+封閉冷通道的氣流組織形式,封閉熱通道能有效提高空調(diào)回風(fēng)溫度,進(jìn)而提高送風(fēng)溫度,延長(zhǎng)自然冷卻時(shí)間。除此之外,除了封閉熱通道及吊頂內(nèi),室內(nèi)能維持一個(gè)相對(duì)適宜的溫度環(huán)境,提高運(yùn)維人員熱舒適性。目前,封閉熱通道在全國(guó)各地應(yīng)用相對(duì)廣泛,尤其是在采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組制冷的主機(jī)房中,其節(jié)能優(yōu)勢(shì)已在諸多建設(shè)項(xiàng)目中得到驗(yàn)證[9-10]。

機(jī)房氣流組織如圖7所示,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組布置于外側(cè)空調(diào)區(qū),利用外墻百葉進(jìn)風(fēng),通過風(fēng)管連接至屋面排風(fēng)井排風(fēng),實(shí)現(xiàn)進(jìn)排風(fēng)隔離,防止氣流短路?？照{(diào)區(qū)與主機(jī)房之間設(shè)置送風(fēng)通道,冷水型機(jī)房專用空調(diào)布置于內(nèi)側(cè)空調(diào)區(qū)。左側(cè)空調(diào)區(qū)隔墻和右側(cè)送風(fēng)通道隔墻上設(shè)置送風(fēng)格柵,主機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜采用背對(duì)背布置,通過設(shè)置封閉熱通道與頂部回風(fēng)吊頂相通。間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組(或冷水型機(jī)房專用空調(diào))將低溫空氣送至送風(fēng)通道內(nèi),送風(fēng)通道整體連通,形成類似靜壓箱的均壓效果。低溫空氣經(jīng)送風(fēng)格柵后進(jìn)入主機(jī)房?jī)?nèi),進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)帶走服務(wù)器熱量后經(jīng)回風(fēng)吊頂返回至間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組(或冷水型機(jī)房專用空調(diào))中,如此循環(huán)。

3.2 模擬仿真

圖7 機(jī)房氣流組織示意圖

為了驗(yàn)證氣流組織的合理性,對(duì)3層2號(hào)主機(jī)房進(jìn)行氣流仿真模擬,對(duì)比機(jī)房在2種工況下的氣流分布情況。機(jī)房設(shè)備配置見表11。機(jī)房層高為6.30 m,吊頂高為3.65 m,送風(fēng)格柵有效系數(shù)均為0.8,空調(diào)制冷量根據(jù)送風(fēng)溫度控制,平均送風(fēng)溫度為24 ℃。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)送回風(fēng)溫差控制,送回風(fēng)溫差為12 ℃。

表11 機(jī)房設(shè)備配置

工況1：夏季設(shè)計(jì)工況下,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組全部開啟,冷水型機(jī)房專用空調(diào)全部關(guān)閉。

工況2：夏季設(shè)計(jì)工況下,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組全部關(guān)閉,冷水型機(jī)房專用空調(diào)全部開啟。

機(jī)房仿真三維模型如圖8所示,模擬結(jié)果見圖9～14。

圖8 機(jī)房三維仿真模型

模擬結(jié)果顯示,無論是哪種運(yùn)行工況,房間氣流分布均勻,除熱通道內(nèi)之外,室內(nèi)溫度維持在24 ℃左右,封閉通道內(nèi)溫度維持在36 ℃左右,機(jī)柜無熱點(diǎn),滿足設(shè)計(jì)要求。

4 機(jī)房熱環(huán)境評(píng)價(jià)分析

目前,評(píng)價(jià)機(jī)房熱環(huán)境指標(biāo)常用SHI(供熱指數(shù))、RHI(回?zé)嶂笖?shù))。SHI是衡量熱空氣進(jìn)入冷通道后對(duì)機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度影響程度的指標(biāo),SHI值越小,表示冷熱混合程度越低,氣流組織越好。RHI是衡量冷空氣進(jìn)入熱通道后對(duì)空調(diào)回風(fēng)溫度影響程度的指標(biāo),RHI值越大,說明冷熱混合程度越低,空調(diào)送風(fēng)效率越高。理想情況下,SHI與RHI之和等于1[11-12]。

圖9 溫度分布云圖(工況1)

圖10 x=12.9 m處速度場(chǎng)(工況1熱通道)

圖11 x=15.5 m處速度場(chǎng)(工況1冷通道)

圖12 溫度分布云圖(工況2)

圖13 x=12.9 m處速度場(chǎng)(工況2熱通道)

(5)

(6)

式(5)、(6)中S為供熱指數(shù);δq為空調(diào)送風(fēng)在進(jìn)入機(jī)柜之前吸收的熱量,kW;q為數(shù)據(jù)中心全部機(jī)柜總發(fā)熱量,kW;mi,j為流經(jīng)第i行第j列機(jī)架空氣質(zhì)量流量,kg/s;tini,j、touti,j為第i行第j列機(jī)柜進(jìn)、排風(fēng)平均溫度,℃;R為回?zé)嶂笖?shù)。

2種運(yùn)行工況下機(jī)柜SHI和RHI指標(biāo)見表12。結(jié)果表明,機(jī)房氣流組織良好,空調(diào)送風(fēng)效率很高。

表12 機(jī)房氣流組織評(píng)價(jià)指標(biāo)

5 結(jié)束語

該項(xiàng)目針對(duì)金融數(shù)據(jù)中心的高保障等級(jí)要求,參照Tier Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了2N架構(gòu)的空調(diào)系統(tǒng)。采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組作為數(shù)據(jù)中心的主要冷源,集中式風(fēng)冷冷水空調(diào)系統(tǒng)作為其備用冷源,這是大型金融數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)計(jì)的一次探索和實(shí)踐,也是多層間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組在大型國(guó)有商業(yè)銀行金融數(shù)據(jù)中心的首次大規(guī)模應(yīng)用,可供同類型項(xiàng)目建設(shè)時(shí)參考。該系統(tǒng)架構(gòu)合理,采用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組制冷時(shí),年均PUE為1.18,年均WUE為0.49 L/(kW·h),在內(nèi)蒙古地區(qū)系統(tǒng)節(jié)能、節(jié)水優(yōu)勢(shì)明顯。通過模擬仿真分析,該項(xiàng)目采用彌漫送風(fēng)+封閉熱通道的氣流組織形式,無論在哪種運(yùn)行工況下,房間溫度都分布均勻,機(jī)房氣流組織良好,空調(diào)送風(fēng)效率高,機(jī)柜無熱點(diǎn)。