簡述數(shù)據(jù)中心通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計特點

孫雙霞

長沙中聯(lián)重科環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司 湖南 長沙 410000

在“互聯(lián)網(wǎng)+”與“大數(shù)據(jù)”背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，深度融入國內(nèi)經(jīng)濟、文化、社會等各個方面。政府的大力扶植、社會日益增長的需求，促進了信息技術(shù)更快的發(fā)展，同時對承載數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)中心的需求量越來越大。

1 數(shù)據(jù)中心通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 室內(nèi)環(huán)境要求

數(shù)據(jù)機房的負荷大多來源于設(shè)備散熱，其負荷特點[1]：顯熱負荷大、濕負荷很小。數(shù)據(jù)機房全年不間斷運行，運行環(huán)境的溫度、相對濕度、空氣潔凈度均需滿足其安全性與使用要求，機房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)需具有很高的可靠性。

1.2 空調(diào)冷源

冷源采用水冷離心式冷水機組，單臺制冷量為：2400USRT（8441kW），冷凍水供回水溫度：17/23℃，冷卻水供回水溫度：30/36℃，冷水機組采用10kV供電。制冷系統(tǒng)按5+1的備用方式設(shè)置，冷凍水系統(tǒng)設(shè)計為一次泵變流量系統(tǒng)，板式換熱器與冷水機組一一對應(yīng)，管路設(shè)計為環(huán)路設(shè)計，保證系統(tǒng)可在線維護，提高可靠性。

為滿足IT機房全年運行要求，系統(tǒng)需滿足連續(xù)供冷。一次泵、精密空調(diào)機組采用UPS（不間斷電源）供電，蓄冷罐容積保證系統(tǒng)滿負荷連續(xù)運行15min，該項目蓄冷罐所需有效容積為1200m3，采用開式蓄冷罐，室外放置。市政供電時，蓄冷罐處于蓄冷狀態(tài)，充滿17℃的冷凍水。

1.3 空調(diào)熱源

本項目不單獨設(shè)熱源，輔助區(qū)的房間設(shè)水源熱泵機組（吊頂式），冬季供熱，水源由17℃冷凍水供給。新風(fēng)機組設(shè)有水源熱泵模塊，采用17℃的冷凍水預(yù)熱，采用水源模塊再熱，滿足室內(nèi)要求后送入室內(nèi)，電加熱作為水源熱泵模塊的備用。補風(fēng)加熱采用17℃的冷凍水加熱至5℃送到室內(nèi)。

1.4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

（1）服務(wù)器機房（主機房）。主機房內(nèi)所有IT機柜采用面對面、背對背的冷熱通道形式，機房空調(diào)機組與機柜行列成垂直擺布。機房空調(diào)采用下送上回的送風(fēng)方式：機房空調(diào)機組將處理好的冷空氣送入活動地板靜壓箱空間，通過地面開放式格柵地板吹向計算機設(shè)備，室內(nèi)熱風(fēng)上升，由封閉的熱通道和吊頂靜壓箱進行回風(fēng)。

（2）新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)量按以下原則確定[2]：①滿足人員最小新風(fēng)量需求：40m3/人·h。②保證機房內(nèi)正壓要求：5～10Pa。③夏季新風(fēng)處理至等室內(nèi)露點溫度，以控制室內(nèi)濕度。送入新風(fēng)，使IT和電氣機房形成正壓，阻止外界灰塵與微粒的滲入，同時控制室內(nèi)濕度，防止靜電產(chǎn)生、避免凝結(jié)水聚集，保證機房精密空調(diào)100%顯冷冷卻。該項目機房新風(fēng)量按1次/h設(shè)計。

2 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)要點

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)較多，但都需要設(shè)計者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，選擇合適的節(jié)能方法。

2.1 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

空調(diào)系統(tǒng)耗電量的15%～30%左右為水泵耗電量，采用變頻調(diào)速技術(shù)可以顯著降低水泵流量，且流量減少后水泵轉(zhuǎn)速降低，根據(jù)電動機所需功率會按照三次方的程度下降。根據(jù)數(shù)據(jù)中心所需冷負荷大小、風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)選擇具有風(fēng)機調(diào)速功能的機房專用空調(diào)，實現(xiàn)大幅度降低空調(diào)消耗的電能，實現(xiàn)節(jié)能的目的。通常數(shù)據(jù)中心按照N＋1或N＋2冗余配置精密空調(diào)，一旦采用具有風(fēng)機調(diào)速功能的精密空調(diào)時，投入運行原設(shè)計方案中的備份空調(diào)，實現(xiàn)以降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速減少風(fēng)機能耗的目的。

同時設(shè)計過程都是按照夏天最熱情況計算大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的制冷量，這就造成全年時間中大部分時間空調(diào)系統(tǒng)都為處于全負荷運行狀態(tài)。除此之外，大型數(shù)據(jù)中心從啟動到滿負荷運載通常需要1-3年的時間。IT負載能耗并不是一成不變的，而是受到能耗與網(wǎng)絡(luò)訪問量或運行狀態(tài)相關(guān)，可以說這個能耗本身就是時刻變化的。比如：某電信綜合大樓包括通信機房與辦公室，日夜復(fù)合變化較大，選擇中央空調(diào)系統(tǒng)變頻技術(shù)最為合適，這樣不但可以提高制冷效率，還可以在接下來一年的節(jié)省電費收回成本。

2.2 充分利用冬季室外冷源

IT設(shè)備與附屬設(shè)備的散熱是數(shù)據(jù)中心的主要熱源，建筑圍護結(jié)構(gòu)散熱僅占到總冷負荷的2%，這樣我們可以判定一年中數(shù)據(jù)中心的冷負荷基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但數(shù)據(jù)中心需要全年制冷，但冬季大部分時間室外環(huán)境溫度都遠低于數(shù)據(jù)中心規(guī)定的24℃，如果將這部分冷源利用起來為數(shù)據(jù)中心制冷，直接關(guān)閉常規(guī)制冷機或精密空調(diào)系統(tǒng)，可以大幅度降低能耗提高運行效率[3]。目前數(shù)據(jù)中心可以利用水冷自然冷卻與風(fēng)冷自然冷卻的方式實現(xiàn)冬季室外冷源的利用。

現(xiàn)階段大型數(shù)據(jù)中心中水冷自然冷卻系統(tǒng)是常用的節(jié)能技術(shù)。當(dāng)室外溫度偏低時，冷卻塔可以提供較低溫度的冷卻水，可以關(guān)掉冷水機組，使用板式換熱器換熱提供所需的冷凍水，方便精密空調(diào)的使用，通常將這一過程稱為完全自然冷卻階段；當(dāng)處于過渡季節(jié)時，采用較低溫度冷卻水先進板式換熱器與冷凍水回水換熱，可以降低冷凍水溫度1～2℃，通過冷水機組后將溫度降低至設(shè)計溫度，這個階段冷水機組本身處于部分負荷運行狀態(tài)，能耗較低，將整個階段成為部分自然冷卻階段。

2.3 回收排出的熱源

大型數(shù)據(jù)中心運行中整年都需要冷源，這就要求冷水機組高效率完成制冷過程。但在冬季與數(shù)據(jù)中心配套的辦公、運維及宿舍卻需要熱源解決供暖問題。一般設(shè)計會重新設(shè)計鍋爐或熱泵解決供暖問題，不但需要增加成本，還會大量消耗能源。如果設(shè)置所需的熱回收冷水機組，可以將機房熱量回收利用，為整個辦公樓提供穩(wěn)定且免費的熱源供空調(diào)系統(tǒng)供暖使用，這樣可以減少冷水機組運行中的熱量排放，還可以降低鍋爐燃氣或燃油的使用量，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。

3 結(jié)束語

總之，在實際工程設(shè)計中，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)客戶不同標準的需求，根據(jù)項目特點，選擇適宜的方案。考慮到很多大型數(shù)據(jù)中心分期建設(shè)的情況，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮周全，以備在后期的實施中，根據(jù)客戶的實際需要做出相應(yīng)快速、便利地調(diào)整。