某銀行數據中心空調系統節能分析

盛青青（上海建筑設計研究院有限公司,上海200041）

某銀行數據中心空調系統節能分析

盛青青
（上海建筑設計研究院有限公司,上海200041）

介紹了上海某銀行數據中心的空調冷熱源系統，數據中心采用的熱回收機組和3000m3的空調應急水箱，可以為辦公區提供冬季空調熱源及夏季水蓄冷水箱，有效的降低了辦公區空調的運行成本。

水蓄冷；熱回收；數據中心

0 引言

數據中心主機房作為綜合布線和信息化網絡設備的核心，其是否安全運行直接關系到中心的各類重要數據和主要業務的正常運作。為保證機房承擔各項任務時不間斷地正常運行，數據中心的空調系統必須在保證安全的前提下，為高性能計算機系統提供穩定、可靠的工作環境。在保證數據中心安全、高效運行的前提下，數據中心冷源與辦公區冷熱源相結合的系統，可以有效的降低辦公區的運行費用。

1 工程概況

該工程位于上海市張江高科技園區銀行卡產業園，總建筑面積約15.3萬m2。地上1#樓為數據中心，2#和3#樓為辦公業務處理中心，4#樓為培訓中心、食堂和宿舍，5#樓為專家樓；地下主要功能為各類設備用房、汽車停車庫及輔助用房等，部分兼為六級人員掩蔽部。

2 空調冷熱源設計

2.1 數據中心冷源

數據中心總冷負荷為10458k W，為確保數據機房24h安全運行，冷凍機組裝機容量考慮20%擴容余量，采用N+2臺數配置，為4臺3169k W變頻離心式冷水機組和2臺帶全熱回收冷凝器的3169k W變頻離心式冷水機組，其中兩臺為備用，熱回收機組回收的熱量供業務處理中心冬季空調采暖用。冷凍水系統中串聯16臺22m3的密閉蓄冷罐，平時工作狀態為蓄冷過程，當市電出現故障，在柴油發電機組啟動之前，冷凍水泵系統、機房精密空調由U P S供電，繼續運轉，蓄水罐處于放冷狀態，繼續為機房精密空調供冷，可滿足15min全荷載設計的供冷量。

冷凍水供回水溫度為10℃/18℃，可使冷水機組在較高的COP下運行，提高供冷系統的效率；為最大化利用免費冷源，冷水機組供冷系統中并聯兩組板式換熱器，每組板換的換熱量為3169k W，在冬季及過渡由免費冷源供冷；為提高數據中心空調系統運行的安全可靠性，還備有3000m3的空調應急水箱，可保證空調水系統一天的正常運行所需冷量。末端供回水管路采用A、B兩個獨立回路，平時A、B兩個回路運行的水量分布為各50%，同時運行；當其中一個回路出現問題時，可直接切換至另一個回路供冷。

圖1 數據中心冷源系統原理圖

數據中心冷源系統原理圖如圖1所示。

2.2 辦公、培訓中心冷源

辦公區充分利用夜間低谷電價，采用水蓄冷系統，共配置3臺3169k W離心式冷水機組。其中一臺冷水機組夜間8小時進行蓄冷，總蓄冷量25352k Wh，采用3000m3的空調應急水箱為蓄冷水槽，蓄水溫度為6℃/13℃，白天通過板式換熱器放冷，與冷水機組聯合供冷。

空調供回水溫度為6℃/14℃，大溫差系統，可較大的節約水泵輸送能耗，減小系統輸水管徑，節約初投資。辦公區冷源系統原理圖如圖2所示。

水蓄冷系統可實現4種運行工況，夜間蓄冷工況、冷水機組供冷工況、蓄冷水槽供冷工況和冷水機組與蓄冷水槽聯合供冷工況。

該項目的蓄冷水槽為土建水池，內壁需做防水保溫處理；水槽上、下分別設置布水器，以保證蓄冷溫度的均勻分布，布水器三維示意圖如圖3所示。

圖2 辦公區冷源系統原理圖

圖3 布水器三維示意圖

2.3 熱源

冬季辦公區采暖總熱負荷為5008k W，優先利用數據中心帶熱回收冷凝器的冷水機組供熱，供回水溫度為45-40℃。另配備2臺2.5MW的燃油、燃氣兩用真空熱水鍋爐，作為輔助熱源，平時使用天然氣，當天然氣切斷時可使用備用柴油。鍋爐房使用的儲油罐與柴油發電機房使用的儲油罐合用。鍋爐供回水溫度為60-50℃，直接供冬季空調使用。

冬季采暖以熱回收機組為主，鍋爐為輔，優先使用熱回收系統。如果熱回收機組的溫度保持穩定狀態不變，繼續使用熱回收機組，如果末端溫度下降連續半小時不能維持設計溫度，則系統報警，并關閉熱回收供熱系統，開啟鍋爐供熱系統。

3 節能分析

3.1 免費冷源系統

在數據中心投入使用初期，末端冷負荷較小，過渡時期可以由免費供冷換熱板換提供冷源，運行時間可相對延長，減少主機的開啟時間。在數據中心正常運行期間，冬季室外濕球溫度較低的情況下，可以關閉主機，切換至免費冷源供冷系統，降低數據中心空調系統的運行費用。

免費冷源系統使用設計日的供冷量轉化為冷水機組供冷量，經計算，可節省運行費用17926元。根據上海地區全年濕球溫度統計數據[1-2]，可采用免費冷源系統供冷的時間約占全年時間的20%，則使用免費冷源季可節省運行費用約130萬元。

3.2 水蓄冷系統

水蓄冷技術可以充分利用峰谷優惠電價。上海市夏季工商業兩部制分時電價見表1。

表1 上海市夏季工商業兩部制分時電價

從電價表中可以看出，峰電與谷電的比值為4.2：1，充分利用夜間低谷電價，可節省較高的空調運行費用。辦公區夏季設計日水蓄冷的運行策略如圖4所示（水蓄冷中預留5000k W蓄冷量給數據中心）。

從設計日運行策略圖可知，蓄冷水槽白天以每小時1600k W均勻釋放冷量，共運行13h，總釋冷量為20800k Wh，預留5000k Wh蓄冷量給數據中心。

若將白天總釋冷量轉化為冷水機組供冷量，經計算可得，設計日可節省運行費用3690元，整個夏季可節省運行費用約38萬元。

3.3 熱回收系統

冬季優先采用熱回收機組回收的熱量供辦公中心空調采暖用，可有效的節省空調運行費用。

冬季空調尖峰總熱負荷為5008k W，設計日一天的總熱負荷為56690k W。燃氣費按4.0元/m3計算，設計日采用熱回收機組系統比采用燃氣鍋爐系統要節約運行費用9415元，整個冬季采暖供熱天數按120d計算，則可節約運行費用約79萬元。

圖4 辦公區夏季設計日水蓄冷的運行策略

4 結語

隨著經濟的發展，越來越多用戶需要大量的數據處理和信息交換，大量的企業開始進行數據中心建設，冰蓄冷、水蓄冷、熱回收、免費冷源等節能措施在數據中心的應用已經越來越普遍。

熱回收技術和蓄冷技術在數據中心的節能應用中有很大的前景，不僅可以提供數據中心的應急冷源，保障數據中心的安全運行，同時也可以為辦公區減低運行費用。

[1]王在峰.冷卻塔供冷系統在既有建筑空調節能改造中的應用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2008.

[2]漆海兵.冷卻塔供冷系統設計研究[J].制冷技術,2013,33（2）：57-61.

Energy Saving Analysis of Bank Date Center Air-conditioning System

SHENG Qing-qing
（Shanghai Institute of Architectural Design&Research Co.，Ltd，Shanghai 200041，China）

T h i s p a p er intro d uce s t h e col d an d h eat s ource o f t h e air con d itionin g s y s tem f or a b an k d ata center in S h an gh ai，t h e h eat reco v ery c h iller s com b ine d w it h 3000m3air-con d itionin g col d w ater emer g ency tan k can p ro v i d e h eat s ource in w inter an d c h ille d w ater s tora g e in s ummer，wh ic h re d uce s air-con d itionin g o p eration co s t o f t h e o ff ice area e ff ecti v ely.

c h ille d w ater s tora g e；h eatreco v ery；d ate center

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.022

T U83

B

2095-3429（2017）03-0088-04

2017-04-10

修回日期：2017-05-31

盛青青（1984-），女，浙江人，碩士，工程師，主要從事暖通空調設計工作。