淺談數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)
——以上海某銀行數(shù)據(jù)中心為例

戴晶

（上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200433）

0 前言

隨著大數(shù)據(jù)、5G 的快速發(fā)展，我國已將數(shù)據(jù)中心等“新基建”建設(shè)作為未來一段時(shí)間的重要發(fā)展規(guī)劃，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的規(guī)模將迎來爆發(fā)式發(fā)展[1-2]。數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備對(duì)環(huán)境溫度要求高，設(shè)備發(fā)熱量巨大，熱密度大，全年均需空調(diào)制冷輔助降溫。一旦因空調(diào)故障或空調(diào)運(yùn)行不當(dāng)引起機(jī)房設(shè)備故障，將造成政治、軍事、金融、通信、科研、網(wǎng)絡(luò)等方面無法估計(jì)的損失。此外，據(jù)有關(guān)資料表明目前我國數(shù)據(jù)中心總量已超40 萬個(gè)，年耗電量超過全社會(huì)用電量的1.5%，而空調(diào)約占整個(gè)數(shù)據(jù)中心耗電量的40%[3]。因此，數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的安全、節(jié)能降耗運(yùn)行尤為重要。

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)的特點(diǎn)

經(jīng)文獻(xiàn)查閱，數(shù)據(jù)中心機(jī)房一般有以下特點(diǎn)[4]：

（1）需全年制冷，不間斷穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備往往與通訊、金融、軍事等相關(guān)，需持續(xù)運(yùn)行，不能中斷。且設(shè)備散熱量大，要求制冷系統(tǒng)無論寒暑全年不間斷制冷，從而確保機(jī)房環(huán)境溫濕度處于安全的范圍。

（2）顯熱量大，潛熱量小。數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)散發(fā)大量的熱量，但這些熱量?jī)H僅造成機(jī)房?jī)?nèi)溫度的升高，不會(huì)散發(fā)水汽，因此屬于顯熱。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，機(jī)房?jī)?nèi)顯熱比可高達(dá)95%。

機(jī)房?jī)?nèi)沒有散濕的設(shè)備，潛熱主要來自外部空氣和數(shù)據(jù)中心的工作人員，機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封通常較好，新風(fēng)也會(huì)經(jīng)溫濕度處理后才進(jìn)人機(jī)房，加上目前數(shù)據(jù)中心機(jī)房普遍采用的人機(jī)分離模式，人員散濕也較小，因而機(jī)房潛熱量較小。

（3）焓差小，風(fēng)量大。因前述可知，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的顯熱量大、潛熱量少，通常不需除濕，所以焓差和送風(fēng)溫差要求小，在同等量的空調(diào)負(fù)荷下，則需較大送風(fēng)量。加上機(jī)房區(qū)域設(shè)備密集發(fā)熱量會(huì)集中，也要求有較大的風(fēng)量將余熱量帶走，從而使各區(qū)域內(nèi)的溫濕度穩(wěn)定在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

（4）送回風(fēng)方式多樣，對(duì)氣流組織要求高。數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備布局布置方式各不相同，送風(fēng)方式是多種多樣的，包括上送側(cè)回、側(cè)送側(cè)回，上送下回、下送上回等。目前國內(nèi)通常采用架空地板上送下回的形式，并設(shè)置氣流的冷熱通道。因機(jī)房設(shè)備發(fā)熱量巨大，如果氣流組織設(shè)置不當(dāng)，容易產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，進(jìn)而影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)氣流組織的要求也較高。

（5）對(duì)空氣潔凈度要求高。空氣中的塵埃等物質(zhì)會(huì)損壞電子元器件，可能導(dǎo)致機(jī)房設(shè)備故障，因此數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)空氣潔凈度也有嚴(yán)格的要求。目前，通常采用新風(fēng)過濾，并在機(jī)房?jī)?nèi)布置精密空調(diào)來滿足空氣潔凈度的要求。

2 上海某銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)方案介紹

2.1 項(xiàng)目概況

上海某銀行數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，擬建總建筑面積為9.9 萬m2，柴發(fā)動(dòng)力區(qū)及110 kV 用戶站1.1 萬m2，運(yùn)營管控樓及綜合樓2.4萬m2，數(shù)據(jù)機(jī)房區(qū)域5.9 萬m2，地下車庫部分0.44 萬m2。本項(xiàng)目將建成為與世界接軌，達(dá)美國TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)T4 級(jí)認(rèn)證的數(shù)據(jù)中心。

2.2 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

2.2.1 室內(nèi)外參數(shù)

本數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷計(jì)算室內(nèi)外參數(shù)詳見表1、表2。

2.2.2 空調(diào)負(fù)荷

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷見表3。空調(diào)負(fù)荷主要集中在IT 設(shè)備熱、電氣損耗熱、新風(fēng)，其中最主要的負(fù)荷是IT設(shè)備散熱，呈現(xiàn)較為典型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)。

表1 室外參數(shù)

表2 室內(nèi)參數(shù)

表3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷

2.3 空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)

本項(xiàng)目采用2 路冷源設(shè)備的容錯(cuò)架構(gòu)，分別為A 路和B 路，A 路正常使用，B 路為備用（根據(jù)不同功耗條件適時(shí)開啟）。末端采用冷凍水型雙盤管精密空調(diào)，精密空調(diào)的雙盤管分部接到2路冷凍水上。

2.4 主要設(shè)備

2.4.1 A 路空調(diào)設(shè)備

A 路空調(diào)系統(tǒng)采用水冷式冷凍水機(jī)組，冷凍水泵采用二級(jí)泵。采用冷卻塔自然冷卻，同時(shí)配備冷卻水泵。系統(tǒng)配備蓄冷罐，緊急情況下可進(jìn)行不小于15min 的制冷。

系統(tǒng)配備板式換熱器在冷凝端進(jìn)行余熱回收，余熱用于運(yùn)管區(qū)空調(diào)系統(tǒng)。此外，多臺(tái)風(fēng)冷渦旋式冷水機(jī)組水力模塊用于新風(fēng)的溫濕度處理。

2.4.2 B 路空調(diào)設(shè)備

B 路空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)冷式冷凍水機(jī)組，冷凍水泵也采用二級(jí)泵。系統(tǒng)同樣配備蓄冷罐，可在緊急情況下進(jìn)行不小于15min 的制冷。

2.4.3 空調(diào)末端主要設(shè)備

空調(diào)末端主要包括新風(fēng)機(jī)組和冷凍水型雙盤管精密空調(diào)，新風(fēng)機(jī)組采用三級(jí)過濾來凈化新風(fēng)，精密空調(diào)則帶凈化功能。

2.5 數(shù)據(jù)機(jī)房區(qū)空調(diào)氣流組織

本項(xiàng)目數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)機(jī)組和機(jī)架的行列成垂直式排布，采用常用的架空地板下送風(fēng)、上回風(fēng)氣流組織形式，并設(shè)置冷熱通道，同時(shí)封閉熱通道隔離冷、熱通氣流，防止氣流混合影響散熱效果。

2.6 本數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)在安全性及節(jié)能降耗方面的考慮

2.6.1 安全性

（1）采用雙冷源系統(tǒng)。采用一用一備的雙冷源系統(tǒng)形式，一旦常用機(jī)組出現(xiàn)問題，可立即切換到備用機(jī)組，大大提升數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的安全性。

（2）蓄冷罐應(yīng)急制冷。本項(xiàng)目在2 路冷源系統(tǒng)上均配備了蓄冷罐，可在緊急情況下進(jìn)行不小于15min 的制冷。

（3）氣流組織模擬。通過對(duì)流場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的模擬，驗(yàn)證氣流組織的合理性，防止局部熱點(diǎn)情況的發(fā)生，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)營。

2.6.2 節(jié)能降耗

（1）采用變頻技術(shù)。本項(xiàng)目在冷水機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)等多個(gè)設(shè)備上采用變頻技術(shù)，可有效節(jié)能降耗。

（2）雙冷源系統(tǒng)切換使用。本項(xiàng)目采用水冷和風(fēng)冷的雙冷源系統(tǒng)，并根據(jù)不同功耗條件及時(shí)切換系統(tǒng)，從而節(jié)能降耗。

（3）采用高溫冷水機(jī)組。本項(xiàng)目2 路冷源冷水機(jī)組為高溫冷水機(jī)組，出水溫度均設(shè)置為12℃，可有效提高COP 值[5]。

（4）余熱使用。本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)配備了板式換熱器在冷凝端進(jìn)行余熱回收，余熱用于運(yùn)管區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，可有效節(jié)能。

3 結(jié)語

我國數(shù)據(jù)中心規(guī)模發(fā)展迅速，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)需全年制冷，不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，耗能巨大，因此數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的安全性及其節(jié)能降耗是重要的關(guān)注點(diǎn)。經(jīng)文獻(xiàn)查閱，數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)還具有顯熱量大、潛熱量小，焓差小、風(fēng)量大，對(duì)氣流組織和空氣潔凈度要求高等特點(diǎn)。

本文介紹了上海某銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)方案，并對(duì)其在安全性、節(jié)能降耗方面的考慮進(jìn)行了介紹。其空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用效果還待項(xiàng)目建成后進(jìn)一步驗(yàn)證，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)業(yè)內(nèi)人士批評(píng)指正。