溫濕度控制改造及集成項(xiàng)目成果報(bào)告

唐維奇

近年來，隨著信息化技術(shù)在全社會(huì)的普及，電信、移動(dòng)、聯(lián)通三大運(yùn)營商、政府機(jī)關(guān)、銀行、教育等各行業(yè)對IT基礎(chǔ)架構(gòu)計(jì)算及存儲(chǔ)能力的需求不斷加大，各單位機(jī)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(jī)房精密空調(diào)冷卻及送風(fēng)方式的局限性，導(dǎo)致機(jī)房服務(wù)器發(fā)熱密度過大時(shí)，僅靠增加傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)制冷量的方式已經(jīng)無法保障運(yùn)行安全，局部熱點(diǎn)、服務(wù)器過熱宕機(jī)等機(jī)房安全隱患問題亟待解決。機(jī)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(jī)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(jī)房服務(wù)器安全運(yùn)行，并能有效地降低機(jī)房運(yùn)行成本，實(shí)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(jī)房智冷空調(diào)

1 設(shè)計(jì)原則

本方案采用機(jī)房智冷空調(diào)系統(tǒng)為IT降溫散熱，該空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)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(tái)機(jī)柜定點(diǎn)制冷排熱，大幅節(jié)約能源，消除機(jī)房局部過熱現(xiàn)象，保證IT設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境安全。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tái)水冷式冷水機(jī)組和1臺(tái)閉式冷卻塔，冷量分配設(shè)備配置有10臺(tái)CDU（冷量分配單元），智冷終端配置99臺(tái)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種運(yùn)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(dú)立運(yùn)行為系統(tǒng)供冷，冷水機(jī)組停機(jī)，減少能耗；機(jī)械制冷工況，室外環(huán)境溫度較高，不滿足冷卻塔塔運(yùn)行工況時(shí)，由冷水機(jī)組和共同運(yùn)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(jī)柜后門一致，直接通過原機(jī)柜鉸鏈或者插銷即可固定，可實(shí)現(xiàn)在線改造，不影響IT設(shè)備運(yùn)行，安裝便捷。智冷終端使用軟連接管與鋪設(shè)在機(jī)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(dòng)，在CDU內(nèi)冷水與室內(nèi)系統(tǒng)的制冷劑進(jìn)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(jī)、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(jìn)/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(jī)，監(jiān)控主機(jī)可以通過UWB無線方式對每臺(tái)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(shí)時(shí)調(diào)整冷塔、冷機(jī)、水泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并把采集到的溫度、壓力等數(shù)據(jù)及冷機(jī)、冷塔、水泵等的運(yùn)行狀態(tài)信息通過RS485上傳至監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)根據(jù)上傳信息進(jìn)行合理分析，通過RS485輸出控制指令實(shí)時(shí)調(diào)整冷源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)定參數(shù)；

基礎(chǔ)傳感網(wǎng)實(shí)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(diǎn)、錨節(jié)點(diǎn)、橋節(jié)點(diǎn)。

智能控制系統(tǒng)可根據(jù)室外氣候變化自動(dòng)切換冷源設(shè)備最大限度利用自然冷源為機(jī)房制冷排熱；可根據(jù)機(jī)房負(fù)荷變化智能調(diào)節(jié)水泵及冷源設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到按需制冷智能調(diào)節(jié)；智冷終端各風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可獨(dú)立無級控制、調(diào)速，根據(jù)柜內(nèi)IT設(shè)備實(shí)際發(fā)熱情況決定風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量、風(fēng)量分布、轉(zhuǎn)速等，實(shí)現(xiàn)精確排熱；可提供系統(tǒng)設(shè)備故障報(bào)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(jī)房智冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)介紹

1.3.1 機(jī)房智冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)介紹

機(jī)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(gè)機(jī)房智冷系統(tǒng)構(gòu)成如附圖

1.3.2 機(jī)房智冷空調(diào)系統(tǒng)工作原理

機(jī)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(jī)柜背后的智冷終端內(nèi)的環(huán)保循環(huán)工質(zhì)間接進(jìn)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(jìn)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(gè)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(jìn)行熱交換。由閉式冷卻塔、冷水機(jī)組根據(jù)各自項(xiàng)目的特點(diǎn)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(yùn)行特點(diǎn)

機(jī)房智冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)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(shí)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(gè)過程均無需壓縮機(jī)和泵等大功率動(dòng)力設(shè)備；智冷空調(diào)系統(tǒng)無水引進(jìn)機(jī)房：室內(nèi)系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)常溫常壓下為氣態(tài)，不會(huì)對機(jī)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(jì)，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(jī)柜，減少送風(fēng)能耗；機(jī)柜出風(fēng)溫度在露點(diǎn)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(jī)或者泵等大功率設(shè)備，無動(dòng)力消耗；直接面向熱源，利用自然冷源時(shí)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(diǎn)采集計(jì)算每臺(tái)機(jī)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(tái)機(jī)柜的負(fù)荷，結(jié)合制冷劑自然相變循環(huán)原理的固有屬性，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)單機(jī)柜負(fù)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(diǎn)：該系統(tǒng)冷卻方式為機(jī)柜級冷卻方式，直接面向機(jī)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(jī)房空調(diào)對機(jī)房整體大環(huán)境的冷卻形式，解決機(jī)房局部過熱問題，從而更好地優(yōu)化機(jī)房內(nèi)的氣流組織。

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

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

維護(hù)量?。?該系統(tǒng)僅室外供冷裝置需要維護(hù)，相比傳統(tǒng)精密空調(diào)，可以減少室內(nèi)機(jī)和相應(yīng)數(shù)量室外機(jī)的維護(hù)工作。整個(gè)系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制，無人值守條件下可以穩(wěn)定運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(shí)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(gè)過程均無需壓縮機(jī)和泵等大功率動(dòng)力設(shè)備；智冷空調(diào)系統(tǒng)無水引進(jìn)機(jī)房：室內(nèi)系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)常溫常壓下為氣態(tài)，不會(huì)對機(jī)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(jì)，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(jī)房外，無水引進(jìn)機(jī)房，機(jī)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(dòng)力，室內(nèi)系統(tǒng)的制冷循環(huán)為自然循環(huán)，無壓縮機(jī)或泵等動(dòng)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(tái)智冷終端的制冷劑接口處均設(shè)置截止閥，當(dāng)某臺(tái)智冷終端泄漏時(shí)可通過關(guān)閉進(jìn)、出口截止閥，其他智冷終端仍然可正常運(yùn)行；智冷空調(diào)系統(tǒng)充分考慮冗余備份設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)節(jié)能分析

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況

機(jī)房通過本項(xiàng)目對機(jī)房內(nèi)空調(diào)及外圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，在項(xiàng)目實(shí)施后，進(jìn)行了運(yùn)行測試。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，機(jī)房環(huán)境溫度由原來的最高局部高達(dá)32℃，降到國標(biāo)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(jī)房的局部熱島現(xiàn)象，機(jī)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(yùn)行后不但解決了機(jī)房內(nèi)局部過熱的問題。同時(shí)降低了機(jī)房的全年P(guān)UE值。達(dá)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(diǎn)

項(xiàng)目實(shí)施后，機(jī)房環(huán)境溫度由原來的最高局部高達(dá)32℃，降到國標(biāo)的：23℃±1℃。機(jī)房氣流組織由原來的精密空調(diào)地板下送風(fēng)，變更為機(jī)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(jī)房的局部熱島現(xiàn)象，機(jī)房溫度有效恒溫在23±1℃。

3.3.2 環(huán)保節(jié)能

通過實(shí)施本項(xiàng)目可直接冷卻機(jī)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(jī)房PUE能達(dá)到1.28，可大幅將少機(jī)房用電量，降低機(jī)房運(yùn)營成本，具有非?？捎^的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.3 節(jié)省機(jī)房空間

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

3.3.4 改善機(jī)房的密閉性及氣流組織

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

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

4 存在問題與建議

4.1 室外機(jī)噪音的問題及解決方案

項(xiàng)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(shí)施過程中已對室外冷凍機(jī)組及冷卻水塔進(jìn)行了降噪處理：在冷水機(jī)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(tái)冷卻塔設(shè)備。

根據(jù)現(xiàn)場勘查，設(shè)備安裝在4層平臺(tái)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)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(yùn)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(jìn)行降噪。

4.3 現(xiàn)場情況分析

1臺(tái)冷卻塔安裝在室外平臺(tái)，設(shè)備的北側(cè)、東側(cè)為居民樓，設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)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(yùn)行時(shí)，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(yùn)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(jī)噪聲實(shí)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(yùn)行時(shí)自身產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行降噪，將設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲與外界進(jìn)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(jìn)行降噪，在噪聲傳播的過程中對其進(jìn)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(jìn)行降噪的同時(shí)，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(yùn)行中由于高溫報(bào)警而停止運(yùn)行。

4.4.2 具體降噪措施

本方案針對1臺(tái)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(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲與外界進(jìn)行隔離；第二部分為吸聲，將設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的部分噪聲進(jìn)行吸收和衰減，排除設(shè)備運(yùn)行時(shí)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(dāng)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(jìn)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(jìn)行選型，保證滿足設(shè)備的日常運(yùn)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(jìn)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(jìn)風(fēng)口，并安裝進(jìn)風(fēng)消聲器，進(jìn)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(dāng)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(tái)進(jìn)風(fēng)消聲器進(jìn)風(fēng)量為：46800m3＼h，兩臺(tái)進(jìn)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(yùn)行需求。

4.5 噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施規(guī)范

社會(huì)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(biāo)準(zhǔn)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(yán)于0類5dB執(zhí)行。

1類：標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。

2類：標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。

3類：標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。

4類：標(biāo)準(zhǔn)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(shí)的噪聲水平）限值也執(zhí)行該類標(biāo)準(zhǔn)。

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