A級數據中心冷卻循環水系統設計體會

張國斌

中船第九設計研究院工程有限公司

A級數據中心冷卻循環水系統設計體會

張國斌

中船第九設計研究院工程有限公司

簡要介紹A級數據中心冷卻循環水系統設計思路。

A級數據中心；冷卻循環水系統；設計

1 引言

隨著國家“互聯網+”、“大數據”、“云計算”、“智能制造”戰略的進一步拓展，數據中心建設正蓬勃展開。本文通過某個A級數據中心空調冷卻循環水系統的介紹，旨在為今后的數據中心空調用冷卻循環水系統設計提供思路。

2 項目簡介

筆者有幸負責設計了一個數據中心項目，項目位于上海市郊。主要包括數據樓、動力樓、科研樓各一棟，及110KV變電站一座。數據樓地下一層、地上八層，建筑高度49米，建筑面積約57000平方米，共設8000多個機柜；動力樓地下一層、地上三層，設有柴油發電機間、消防水泵房、生活給水泵房、冷卻水補水泵房等動力設施；科研樓地上四層、為一般民用建筑。

數據樓屬A級數據中心，內部設備安裝密度大、精密度要求高、用電設備多、用電量大，發熱量也大且基本要求恒溫恒濕24小時365天不間斷運行，空調系統要求可靠性與可用性高，系統按容錯系統配置。

3 空調設計要求

數據樓設集中空調系統，選用水冷離心式冷水機組；數據樓地下一層共設四座冷凍機房，每座機房設離心式冷水機組四臺，三用一備，選號參數一致。

夏季設計濕球溫度為T1=28.5℃，進水溫度t1=37℃、出水溫度t2=32℃，每臺機組的冷卻循環水量為935立方米/時。

4 系統形式

對于大型的空調用冷卻循環水系統，其冷卻水管道布置通常有二種形式，具體優缺點如下：

第一種是干管制，即多塔多泵多機組合用一套供回水管道，管道數量少，占用管井面積小、布置比較方便，塔、泵與機組切換比較便捷，投資較省。如系統運行調節、流量變化幅度較大時（如晝夜、季節性等），相應供回水管路水損變化也大，對水泵的運行控制要求就比較高；一旦供回水管路或主閥出現問題時，系統就得被迫停止運行進行檢修。

第二種是單管制或單元制，即一塔一泵一機組一一對應組合成一個運行單元，每個運行單元設一套供回水管道，這樣系統運行比較平穩，對冷卻塔、水泵的運行控制要求就比較低；一旦一個單元發生問題時、檢修維護方便，不影響整個系統的運行。缺點是供回水管道數量多，占用管井面積大、布置比較困難。

經與工藝與空調專業協商，數據樓的空調要求冷卻循環水系統采用N+1配置，系統按單管制設計，冷卻循環水系統有一個單元備用。

5 設備布置

數據樓屋頂共設四組冷卻塔，每組四臺三用一備、分別對應地下一層每座冷凍機房。選用開式低噪音橫流式冷卻塔、帶集水盤，設計流量為1000立方米/時；每臺采用二個500立方米/時組合而成、每臺均可獨立運行，每臺冷卻塔的進出水管均不設控制閥門，由設在冷凍機房的單元控制屏集中控制。

每座冷凍機房內設冷卻循環水泵四臺，三用一備，每座冷凍機房對應屋頂一組冷卻塔。冷卻循環水泵選用臥式離心泵，水泵參數Q=900立方米/時、H=30米、n=1450轉/分鐘、N=110千瓦；冷卻循環水泵進水管上設一套自潔式管道過濾器。

冷卻循環水系統須常年運行，一年四季室外氣候條件變化很大，為節省能耗，冷卻循環水泵、冷卻塔配套風機均采用變頻控制、可依據氣候條件設定。

6 水質控制措施

系統在冷卻循環水泵進水管上設一套微晶循環水旁濾處理器，處理水量按2%循環水量考慮。為保證循環水的水質，系統在每座冷凍機房內設一套全自動在線冷卻水加藥裝置，不定期向冷卻循環水系統添加水質穩定及阻垢緩蝕劑。

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7 冷卻循環水補水

系統的平均時補充水量按循環水量的1.5%考慮，即為180立方米/時，系統設補充水管一根，管徑為DN200，入口設水表計量。

依據《數據中心設計規范》GB50174-2017第12.1.4條之要求，“A級數據中心的冷卻水補水儲水裝置可按12小時儲水”。

冷卻水補水泵房設在動力樓地下一層，冷卻水補水調節水池布置宜為二～三座，一般采用鋼筋混凝土結構（內貼瓷磚）；本設計共設三座、每座水池的有效容積約為750立方米；三座水池可滿足夏季規范要求的12小時儲水量的要求、二座水池可滿足冬季規范要求的12小時儲水量的要求。

冷卻水補水泵房設二套冷卻水變頻供水裝置，每套供水能力按系統的平均時補充水量70%設計，即為126立方米；二套變頻供水裝置的出水管采用雙管環形供水，以確保系統的安全可靠。

此處應注意的是水池的有效容積是規范要求，合理布置冷卻水補水調節水池與冷卻水補水加壓泵的關系、管道布置，宜按照消防水池的容量計算方式來核算，以確保系統的安全可靠；冷卻水補水調節水池內宜布置導流設施。

8 冷卻循環水年補水量核算

經與工藝與空調專業協商，項目位于上海市郊，按照上海市年氣候變化情況，確定了冷卻循環水系統季節性循環水量變化情況，具體如下：

夏季：按系統運行3個月、90天計，冷卻水循環水總量為12000立方米/時。

補水量Q1=12000*1.5%*24*90=388800立方米。

冬季：按系統運行3個月、90天計，冷卻水循環水總量為8000立方米/時。

補水量Q2=8000*1.5%*24*90=259200立方米。

過渡季：按系統運行6個月、185天計，冷卻水循環水總量為10000立方米/時。

補水量Q23=10000*1.5%*24*90=666000立方米。

冷卻循環水系統年補水量：∑Q=Q1+Q2+Q3=1314000立方米，占到基地年用水量的99%左右。

9 結論及建議

冷卻水補水調節水池的容量宜根據當地自來水供水條件來確定，如能滿足二路（參照消防給水標準）供水的條件，建議容量可適當減少、滿足6小時儲水量的話比較經濟合理。

合理選用冷卻循環水系統，選擇高效節能的產品，事關節水節能。

[1] GB50015-2003(2009年版).建筑給水排水設計規范[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.030