溫濕度控制改造及集成項目成果報告

唐維奇

近年來，隨著信息化技術(shù)在全社會的普及，電信、移動、聯(lián)通三大運營商、政府機關(guān)、銀行、教育等各行業(yè)對IT基礎(chǔ)架構(gòu)計算及存儲能力的需求不斷加大，各單位機房規(guī)模迅速增長，IT產(chǎn)品也越來越呈高密度、高發(fā)熱量趨勢。而由于傳統(tǒng)機房精密空調(diào)冷卻及送風(fēng)方式的局限性，導(dǎo)致機房服務(wù)器發(fā)熱密度過大時，僅靠增加傳統(tǒng)機房空調(diào)制冷量的方式已經(jīng)無法保障運行安全，局部熱點、服務(wù)器過熱宕機等機房安全隱患問題亟待解決。機房的發(fā)展趨勢已經(jīng)對環(huán)境維持系統(tǒng)提出了更高的要求，新一代的機房制冷系統(tǒng)必須要解決高熱密度，集中化的服務(wù)器發(fā)熱問題，保障機房服務(wù)器安全運行，并能有效地降低機房運行成本，實現(xiàn)效益最大化。

【關(guān)鍵詞】溫濕度控制改造 信息化技術(shù) 機房智冷空調(diào)

1 設(shè)計原則

本方案采用機房智冷空調(diào)系統(tǒng)為IT降溫散熱，該空調(diào)系統(tǒng)的機房室內(nèi)部分采用熱管技術(shù)（技術(shù)原理見附件），針對每臺機柜定點制冷排熱，大幅節(jié)約能源，消除機房局部過熱現(xiàn)象，保證IT設(shè)備的運行環(huán)境安全。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由智冷終端、CDU（冷量分配單元）、冷源設(shè)備和智能控制系統(tǒng)構(gòu)成。本方案冷源設(shè)備配置有1臺水冷式冷水機組和1臺閉式冷卻塔，冷量分配設(shè)備配置有10臺CDU（冷量分配單元），智冷終端配置99臺。

系統(tǒng)設(shè)計兩種運行工況：自然冷源利用工況，在室外環(huán)境溫度較低季節(jié)，如冬季、早春和深秋，可由冷卻塔獨立運行為系統(tǒng)供冷，冷水機組停機，減少能耗；機械制冷工況，室外環(huán)境溫度較高，不滿足冷卻塔塔運行工況時，由冷水機組和共同運行為系統(tǒng)供冷。

1.1.2 系統(tǒng)構(gòu)成圖

智冷終端長寬尺寸和安裝方式與機柜后門一致，直接通過原機柜鉸鏈或者插銷即可固定，可實現(xiàn)在線改造，不影響IT設(shè)備運行，安裝便捷。智冷終端使用軟連接管與鋪設(shè)在機柜上、下方的制冷劑總管連接，制冷劑總管與室外系統(tǒng)的CDU連接。室外系統(tǒng)的CDU通過管道與室外供冷裝置連接，冷水依靠循環(huán)水泵在室外系統(tǒng)回路中循環(huán)流動，在CDU內(nèi)冷水與室內(nèi)系統(tǒng)的制冷劑進行熱交換。

1.2 智能控制系統(tǒng)介紹

智能控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、智冷終端控制器、室外冷源控制單元、基礎(chǔ)傳感網(wǎng)等。

各智冷終端配置進/出風(fēng)溫度傳感器，由終端控制器把采集到的溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及告警信息等通過UWB無線方式上傳至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機可以通過UWB無線方式對每臺智冷終端控制器下發(fā)控制指令；

室外冷源控制單元根據(jù)合理的控制邏輯實時調(diào)整冷塔、冷機、水泵等設(shè)備的運行狀態(tài)，并把采集到的溫度、壓力等數(shù)據(jù)及冷機、冷塔、水泵等的運行狀態(tài)信息通過RS485上傳至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機根據(jù)上傳信息進行合理分析，通過RS485輸出控制指令實時調(diào)整冷源系統(tǒng)的運行狀態(tài)與設(shè)定參數(shù)；

基礎(chǔ)傳感網(wǎng)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的上傳、控制指令下發(fā)，包括有線和無線方式。室外部分主要采用有線構(gòu)成，采用總線形式，配置RS485接口和MODBUS或者其他工業(yè)通信協(xié)議，室內(nèi)部分則基于UWB無線超寬帶制式工作，主要部件包括終端節(jié)點、錨節(jié)點、橋節(jié)點。

智能控制系統(tǒng)可根據(jù)室外氣候變化自動切換冷源設(shè)備最大限度利用自然冷源為機房制冷排熱；可根據(jù)機房負荷變化智能調(diào)節(jié)水泵及冷源設(shè)備的運行負荷達到按需制冷智能調(diào)節(jié)；智冷終端各風(fēng)機轉(zhuǎn)速可獨立無級控制、調(diào)速，根據(jù)柜內(nèi)IT設(shè)備實際發(fā)熱情況決定風(fēng)機開啟數(shù)量、風(fēng)量分布、轉(zhuǎn)速等，實現(xiàn)精確排熱；可提供系統(tǒng)設(shè)備故障報警、工況超限預(yù)警等全方面警告體系；可根據(jù)客戶需求提供多種告警方式，包括聲光告警、終端告警、監(jiān)控界面告警和短信告警等。

1.3 機房智冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)介紹

1.3.1 機房智冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)介紹

機房智冷空調(diào)系統(tǒng)由室內(nèi)系統(tǒng)（以智冷終端為主）、室外系統(tǒng)（以冷量分配單元（CDU）和冷源設(shè)備為主）和電控系統(tǒng)組成。整個機房智冷系統(tǒng)構(gòu)成如附圖

1.3.2 機房智冷空調(diào)系統(tǒng)工作原理

機房智冷空調(diào)系統(tǒng)的工作原理描述如下：

服務(wù)器排出的熱風(fēng)與安裝在機柜背后的智冷終端內(nèi)的環(huán)保循環(huán)工質(zhì)間接進行熱交換后變成冷風(fēng)排到室內(nèi)環(huán)境。智冷終端內(nèi)循環(huán)工質(zhì)通過相變傳熱，受熱由液態(tài)變成氣態(tài)，依靠微小壓差沿制冷劑氣體管路將熱量帶室外系統(tǒng)的CDU，在CDU內(nèi)與室外系統(tǒng)的冷源設(shè)備提供的冷水進行熱交換，循環(huán)工質(zhì)受冷由氣態(tài)變成液態(tài)，依靠自身重力沿制冷劑液體管路流回智冷終端完成一個完整的熱力循環(huán)，熱量的傳遞依此順序源源不斷的傳遞到室外。

室外系統(tǒng)為室內(nèi)系統(tǒng)提供冷水，提供的冷水與循環(huán)工質(zhì)在CDU內(nèi)進行熱交換。由閉式冷卻塔、冷水機組根據(jù)各自項目的特點組合的冷源系統(tǒng)提供系統(tǒng)所需的冷水。

1.3.3 系統(tǒng)運行特點

機房智冷空調(diào)系統(tǒng)運行特點如下：

安全可靠：該系統(tǒng)利用溫差和制冷劑自然相變傳熱，實現(xiàn)將室內(nèi)傳輸熱量高效迅速的傳遞到室外。制冷劑循環(huán)和熱量的釋放的這個過程均無需壓縮機和泵等大功率動力設(shè)備；智冷空調(diào)系統(tǒng)無水引進機房：室內(nèi)系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)常溫常壓下為氣態(tài)，不會對機房內(nèi)的IT設(shè)備造成任何危害；智冷終端采用全顯熱換熱設(shè)計，無冷凝水產(chǎn)生。

高效節(jié)能：相比精密空調(diào)制冷方式：該系統(tǒng)直接冷卻機柜，減少送風(fēng)能耗；機柜出風(fēng)溫度在露點溫度以上，沒有反復(fù)加濕除濕能耗；制冷劑的循環(huán)和熱量的釋放，依靠制冷劑自然相變和自身重力自然循環(huán)，無需壓縮機或者泵等大功率設(shè)備，無動力消耗；直接面向熱源，利用自然冷源時間長。

高密度散熱：目前單塊智冷終端冷卻能力范圍2kW～20kW，解決高密度設(shè)備的散熱問題。

按需冷卻：通過軟件與監(jiān)控點采集計算每臺機柜內(nèi)的IT設(shè)備功耗及發(fā)熱量，控制系統(tǒng)與冷量分配換熱單元根據(jù)每臺機柜的負荷，結(jié)合制冷劑自然相變循環(huán)原理的固有屬性，實現(xiàn)了根據(jù)單機柜負荷不同而按需供冷的自適應(yīng)冷量調(diào)節(jié)。endprint

消除局部熱點：該系統(tǒng)冷卻方式為機柜級冷卻方式，直接面向機房發(fā)熱對象，將IT設(shè)備的發(fā)熱直接消除，替代傳統(tǒng)機房空調(diào)對機房整體大環(huán)境的冷卻形式，解決機房局部過熱問題，從而更好地優(yōu)化機房內(nèi)的氣流組織。

不占機房空間：智冷終端采用與機柜一體化的設(shè)計，能在不占機房空間的前提下解決機房總體制冷能力不足問題和未來服務(wù)器擴容受限的問題。

施工安裝方便：在室內(nèi)安裝時，不影響服務(wù)器的正常工作，不需要服務(wù)器停機，對機房整體建筑結(jié)構(gòu)影響小。

維護量小： 該系統(tǒng)僅室外供冷裝置需要維護，相比傳統(tǒng)精密空調(diào)，可以減少室內(nèi)機和相應(yīng)數(shù)量室外機的維護工作。整個系統(tǒng)采用全自動控制，無人值守條件下可以穩(wěn)定運行。

2 設(shè)計特點

2.1 高效節(jié)能

該系統(tǒng)利用溫差和制冷劑自然相變傳熱，實現(xiàn)將室內(nèi)傳輸熱量高效迅速的傳遞到室外。制冷劑循環(huán)和熱量的釋放的這個過程均無需壓縮機和泵等大功率動力設(shè)備；智冷空調(diào)系統(tǒng)無水引進機房：室內(nèi)系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)常溫常壓下為氣態(tài)，不會對機房內(nèi)的IT設(shè)備造成任何危害；智冷終端采用全顯熱換熱設(shè)計，無冷凝水產(chǎn)生。

2.2 安全可靠

冷量分配單元放置于室外，有效地將冷凍水隔離在機房外，無水引進機房，機房內(nèi)無漏水隱患；依靠制冷劑相變蒸發(fā)和重力產(chǎn)生的循環(huán)驅(qū)動力，室內(nèi)系統(tǒng)的制冷循環(huán)為自然循環(huán)，無壓縮機或泵等動力部件，故障率低、可靠性高；制冷劑為環(huán)保制冷劑，常溫常壓下為氣態(tài)，無毒無害，不燃燒、不爆炸、不腐蝕；每臺智冷終端的制冷劑接口處均設(shè)置截止閥，當某臺智冷終端泄漏時可通過關(guān)閉進、出口截止閥，其他智冷終端仍然可正常運行；智冷空調(diào)系統(tǒng)充分考慮冗余備份設(shè)計。

3 設(shè)計節(jié)能分析

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況

機房通過本項目對機房內(nèi)空調(diào)及外圍結(jié)構(gòu)進行改造，在項目實施后，進行了運行測試。通過本項目的實施，機房環(huán)境溫度由原來的最高局部高達32℃，降到國標的：23℃±1℃。根本性解決了氣流組織不合理的現(xiàn)象，并消除了機房的局部熱島現(xiàn)象，機房溫度有效恒溫在23±1℃。

新的空調(diào)系統(tǒng)采用了自然冷卻節(jié)能技術(shù)，新的空調(diào)系統(tǒng)運行后不但解決了機房內(nèi)局部過熱的問題。同時降低了機房的全年P(guān)UE值。達到綠色節(jié)能的目的。

3.2 系統(tǒng)產(chǎn)生的效益

3.3.1 消除局部熱點

項目實施后，機房環(huán)境溫度由原來的最高局部高達32℃，降到國標的：23℃±1℃。機房氣流組織由原來的精密空調(diào)地板下送風(fēng)，變更為機柜級冷卻的方式，根本性解決了氣流組織不合理的現(xiàn)象，并消除了機房的局部熱島現(xiàn)象，機房溫度有效恒溫在23±1℃。

3.3.2 環(huán)保節(jié)能

通過實施本項目可直接冷卻機柜，相比精密空調(diào)制冷方式，在間接冷卻方式、室內(nèi)送風(fēng)、反復(fù)加濕除濕、降低設(shè)定溫度等環(huán)節(jié)可以節(jié)省電能。相比目前國內(nèi)普遍水平（普遍高于2.0）， 機房PUE能達到1.28，可大幅將少機房用電量，降低機房運營成本，具有非常可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.3.3 節(jié)省機房空間

制冷系統(tǒng)終端采用與機柜一體化的方式，能在不占機房空間的前提下解決機房總體制冷能力不足問題和未來服務(wù)器擴容受限的問題。

3.3.4 改善機房的密閉性及氣流組織

通過對機房外與走廊間的玻璃隔斷及玻璃門的改造，解決了機房密閉不嚴，機房的冷量及噪音外泄的問題。

制冷系統(tǒng)終端采用與機柜一體化的方式，能在不占機房空間的前提下解決機房總體制冷能力不足問題和未來服務(wù)器擴容受限的問題。

4 存在問題與建議

4.1 室外機噪音的問題及解決方案

項目所在地情況比較特殊，位于市中心，距離最近的居民樓不過50米左右，我公司在實施過程中已對室外冷凍機組及冷卻水塔進行了降噪處理：在冷水機組外增加隔音屋，在冷卻水塔出風(fēng)口處增加了消音風(fēng)口。但以上措施仍不能滿足要求，現(xiàn)請專業(yè)降噪公司出具了專業(yè)的降噪方案，以滿足周邊居民的噪聲要求。專業(yè)降噪方案如下：

4.2 現(xiàn)場勘察及噪聲治理目的

噪聲治理噪聲源設(shè)備：1臺冷卻塔設(shè)備。

根據(jù)現(xiàn)場勘查，設(shè)備安裝在4層平臺，設(shè)備運行時產(chǎn)生的空氣動力性噪聲對北側(cè)、東側(cè)居住環(huán)境造成噪聲輻射，為排除設(shè)備運行造成的影響，提出噪聲治理方案。

根據(jù)噪聲源設(shè)備，噪聲特性和噪聲傳播途徑提出此噪聲治理方案，此方案主要以隔聲、消聲方式進行降噪。

4.3 現(xiàn)場情況分析

1臺冷卻塔安裝在室外平臺，設(shè)備的北側(cè)、東側(cè)為居民樓，設(shè)備運行時產(chǎn)生的空氣動力性噪聲對北側(cè)、東側(cè)居住環(huán)境造成噪聲輻射。

噪聲分析：

冷卻塔設(shè)備運行時，淋水噪聲與塔頂部排風(fēng)口噪聲是對北側(cè)、東側(cè)居民樓居住境造成影響的主要原因，設(shè)備運行產(chǎn)生的噪聲通過空氣傳播對周圍環(huán)境造成噪聲輻射。

4.4 室外機噪聲實施情況

4.4.1 工作原理

隔聲降噪措施主要是針對設(shè)備運行時自身產(chǎn)生的噪聲進行降噪，將設(shè)備運行時產(chǎn)生的噪聲與外界進行隔離，從而減少對居民居住環(huán)境造成的噪聲輻射；消聲降噪措施是針對設(shè)備通風(fēng)口噪聲進行降噪，在噪聲傳播的過程中對其進行吸收和衰減，最大可能的降低其噪聲分貝值，在對風(fēng)口排風(fēng)噪聲進行降噪的同時，保證設(shè)備有足夠的排風(fēng)量，滿足設(shè)備排風(fēng)需求，避免設(shè)備運行中由于高溫報警而停止運行。

4.4.2 具體降噪措施

本方案針對1臺冷卻塔設(shè)備提出噪聲治理方案。

（1）冷卻塔整體安裝隔聲罩，隔聲罩為兩部分，第一部分為隔聲，將設(shè)備運行時產(chǎn)生的噪聲與外界進行隔離；第二部分為吸聲，將設(shè)備運行時產(chǎn)生的部分噪聲進行吸收和衰減，排除設(shè)備運行時產(chǎn)生的噪聲通過空氣傳播對北側(cè)、東側(cè)居民樓居住環(huán)境造成的影響。

（2）隔聲罩由模塊隔聲板拼裝而成，隔聲板材質(zhì)組成：1.0mm鍍鋅鋼板，內(nèi)板為0.7mm鍍鋅穿孔板，內(nèi)部填充隔聲棉，整體厚度為100mm。

（3）考慮設(shè)備的通風(fēng)需求，隔聲罩與設(shè)備之間留有適當間距。

（4）設(shè)備頂部排風(fēng)口上方安裝排風(fēng)消聲器，排風(fēng)消聲器與設(shè)備之間安裝熱風(fēng)導(dǎo)流板，針對排風(fēng)口部位噪聲進行消聲降噪處理，減少對北側(cè)、東側(cè)居民樓居住環(huán)境造成的影響。

（5）排風(fēng)消聲器為片式阻性消聲器，消聲器的通風(fēng)量均根據(jù)設(shè)備所需風(fēng)量進行選型，保證滿足設(shè)備的日常運行需求。

（6）排風(fēng)消聲器消聲長度為1.5米，消聲器內(nèi)插片孔板板材均為穿孔鋁板，有效的將排風(fēng)口部位噪聲進行消減，減少對居民樓的影響。

（7）設(shè)備西側(cè)、南側(cè)留有進風(fēng)口，并安裝進風(fēng)消聲器，進風(fēng)消聲器消聲長度為1米，以滿足設(shè)備風(fēng)量需求。

（8）東側(cè)適當位置安裝檢修隔聲門。

（9）具體降噪方式請參考降噪示意圖。

（10）單臺進風(fēng)消聲器進風(fēng)量為：46800m3＼h，兩臺進風(fēng)量為93600m3＼h，設(shè)備所需風(fēng)量為650003＼h，風(fēng)量為所需風(fēng)量的1.44倍，可滿足設(shè)備運行需求。

4.5 噪聲控制標準和實施規(guī)范

社會生活噪聲排放源邊界噪聲不得超過表中規(guī)定的排放限值。

0類：標準適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域按嚴于0類5dB執(zhí)行。

1類：標準適用于以居住、文教機關(guān)為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照執(zhí)行該類標準。

2類：標準適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。

3類：標準適用于工業(yè)區(qū)。

4類：標準適用于城市中的道路交通干線道路兩側(cè)區(qū)域，穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側(cè)區(qū)域的背景噪聲（指不通過列車時的噪聲水平）限值也執(zhí)行該類標準。

對于在噪聲測量期間發(fā)生非穩(wěn)態(tài)噪聲（如電梯噪聲等）的情況，最大聲級超過限值的幅度不得高于10 dB（A）。endprint