數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)節(jié)能措施的分析

熊慧亮 涂祥宇

摘 ?要：近年來(lái)，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，迎來(lái)了信息時(shí)代，數(shù)據(jù)中心作為信息化建設(shè)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其施工規(guī)模逐漸擴(kuò)大，暖通系統(tǒng)的能耗量也大幅度上升，數(shù)據(jù)中心工程暖通系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)顯得非常關(guān)鍵?；诖?，本文從IT設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境要求的視角分析，提出了一套安全、節(jié)能的暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心工程;暖通系統(tǒng);節(jié)能措施

中圖分類號(hào)：TP308 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）14-0089-02

Analysis of Energy Saving Measures for HVAC System in Data Center Engineering

XIONG Huiliang，TU Xiangyu

（Jiangxi Rural Credit Union，Nanchang ?330036，China）

Abstract：In recent years，China’s social economy has developed rapidly，ushered in the information age. As an important infrastructure in the construction of information technology，the data center has gradually expanded its construction scale，and the capacity of the HVAC system has also increased significantly. The energy-saving design of the engineering HVAC system is critical. Based on this，this paper presents a set of safe and energy-saving HVAC system design schemes from the perspective of IT equipment requirements for the surrounding environment.

Keywords：data center engineering;HVAC （heating，ventilation，air-conditioning and cooling） system;energy saving measures

0 ?引 ?言

十幾年期間，我國(guó)的數(shù)據(jù)中心工程日益增多，單一數(shù)據(jù)中心的建筑面積甚至可達(dá)上萬(wàn)平方米，使得傳統(tǒng)的機(jī)房精密空調(diào)冷卻模式不適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展要求，PUE是一項(xiàng)節(jié)能效果評(píng)估的重要指標(biāo)，要求至少應(yīng)超過(guò)2.0。這意味著這樣的冷卻模式在大型數(shù)據(jù)中心工程中正常運(yùn)行的電能需求量非常大。對(duì)此，目前界內(nèi)一般采用冷凍水系統(tǒng)，取代直膨型的精密空調(diào)，利用場(chǎng)地條件、對(duì)相關(guān)的溫濕度、平面布局等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。以下就相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)詳細(xì)論述。

1 ?合理地利用戶外的氣候條件

第一，數(shù)據(jù)中心工程長(zhǎng)年不停運(yùn)行，要求空調(diào)系統(tǒng)也要保持全年運(yùn)行。但在我國(guó)的北部地區(qū)，每逢冬季、過(guò)渡季節(jié)，可充分地利用戶外空氣為冷源，有效地減少了制冷設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約系統(tǒng)的運(yùn)行成本。可以說(shuō)，如果能夠供人使用的完全、部分自然冷卻的時(shí)間越長(zhǎng)，則全年整個(gè)工程的PUE平均數(shù)值會(huì)越小。

第二，冷卻塔供冷系統(tǒng)中，若室外濕球的溫度降至一定值，使冷卻水的供水溫比回水溫低2℃的時(shí)候，可利用部分的自然冷卻模式，冷凍水的回水從板換另一側(cè)的冷卻水，在降溫后，流入制冷機(jī)組，等同于冷機(jī)設(shè)備的負(fù)載率下降，使得系統(tǒng)的壓縮機(jī)功率變小，達(dá)到節(jié)能目的。如果戶外的濕球溫度一直處于下降狀態(tài)，則冷凍水的回水，從板換另一側(cè)冷卻水，在降溫后，溫度與有關(guān)的供水溫度標(biāo)準(zhǔn)相符，進(jìn)入完全的自然冷卻?？赏Ｖ估錂C(jī)運(yùn)行，從冷卻塔承擔(dān)所有的負(fù)荷。

第三，換熱機(jī)組等風(fēng)端自然冷卻系統(tǒng)一般可對(duì)戶外的干球溫度加以利用，當(dāng)干球溫度比室內(nèi)送風(fēng)的設(shè)計(jì)溫度低2℃時(shí)，即可開(kāi)啟風(fēng)端的自然冷卻功能。我國(guó)的西北地區(qū)屬于干熱地區(qū)，可在戶外空氣未進(jìn)到換熱的機(jī)組時(shí)，安裝噴淋裝置，將室外空氣的換熱溫度維持在濕球相近的溫度值，延長(zhǎng)自然冷卻時(shí)間。

2 ?設(shè)備變頻設(shè)計(jì)

第一，在數(shù)據(jù)中心工程的制冷空調(diào)系統(tǒng)，制冷機(jī)組運(yùn)行的電能消耗最大。利用變頻冷機(jī)，不僅可在部分負(fù)荷時(shí)，讓壓縮機(jī)的功率變小，而且能夠伴隨室外濕球的溫度而降低，使流入制冷機(jī)組的冷卻水的溫度降低，提高了冷機(jī)系統(tǒng)的COP值。同時(shí)，在數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)中，冷機(jī)開(kāi)啟時(shí)間與蓄冷罐的型號(hào)選擇具有密切的關(guān)系，而冷機(jī)變頻設(shè)計(jì)能夠極大地壓縮開(kāi)啟時(shí)間，導(dǎo)致蓄冷罐的容量變小。

第二，關(guān)于水泵，通常在泵的頻率末端，難以對(duì)環(huán)路的壓力差進(jìn)行控制?？蛇x擇變頻水泵，如果末端的負(fù)荷很小，則水泵的頻率也會(huì)有所降低，進(jìn)而取得節(jié)約電能的效果。

第三，末端空調(diào)的風(fēng)機(jī)選用EC型號(hào)，結(jié)合架空的地板中的靜壓或者回風(fēng)的溫度對(duì)風(fēng)機(jī)的頻率加以控制，使風(fēng)機(jī)的耗電量減少。

第四，冷卻塔的風(fēng)機(jī)最好選用變頻風(fēng)機(jī)，依據(jù)室外濕球的溫度，對(duì)風(fēng)機(jī)頻率加以調(diào)節(jié)，以節(jié)約大量的電能消耗。

3 ?科學(xué)的氣流組織

在數(shù)據(jù)中心工程中，對(duì)主機(jī)房的氣流組織進(jìn)行合理的規(guī)劃、設(shè)計(jì)非常重要。以免發(fā)生冷風(fēng)、熱風(fēng)的彼此混合。當(dāng)單機(jī)柜的熱密度小于5kW時(shí)，則可秉承冷熱通道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;若單機(jī)柜的熱密度大于5kW時(shí)，則可選擇封閉式冷熱通道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則?，F(xiàn)階段，我國(guó)封閉式的冷通道居多，然而伴隨時(shí)代的發(fā)展，室內(nèi)設(shè)計(jì)的送風(fēng)溫度日益上升，建議選用封閉式的熱通道模式，主要原因如下：一是封閉式的熱通道模式能使人們居住的環(huán)境更為舒適，二是封閉式的熱通道能夠使機(jī)柜本身的漏風(fēng)率降低。關(guān)于以往架空地板的送風(fēng)，由于開(kāi)孔地板會(huì)有相應(yīng)的阻力損失，要求風(fēng)機(jī)壓頭更大，加大了風(fēng)機(jī)的功率。而關(guān)于高密度的機(jī)柜，使架空地板的承重受限，建議將架空的地板取消，選擇“封閉式熱通道+側(cè)送風(fēng)形式”相結(jié)合的方式，可進(jìn)一步改進(jìn)氣流組織。

4 ?送風(fēng)參數(shù)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心工程中，對(duì)于主機(jī)房的送風(fēng)系統(tǒng)，其溫、濕度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與相應(yīng)的IT設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求保持一致。例如：我國(guó)的數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房?jī)?nèi)，溫濕度的參數(shù)設(shè)計(jì)如下：開(kāi)機(jī)時(shí)，機(jī)房的室內(nèi)溫度為23.0±1.0℃，濕度控制在40.0%-55.0%;停機(jī)時(shí)，室內(nèi)溫度為5.0℃-35.0℃，相對(duì)濕度控制在40.0%-70.0%。可是，沒(méi)有對(duì)具體地點(diǎn)的溫度作出明確說(shuō)明，對(duì)于封閉式的冷/熱通道是不適用的。相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以借鑒美國(guó)ASHRAE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即規(guī)定了IT機(jī)房中的送風(fēng)溫度應(yīng)控制在18.0℃-27.0℃范圍內(nèi)，露點(diǎn)溫度應(yīng)控制在5.5℃-15.0℃范圍內(nèi)，在對(duì)送風(fēng)的溫濕度進(jìn)行確定的時(shí)候，在推薦的參數(shù)基礎(chǔ)上，可盡量上調(diào)溫度，進(jìn)而能夠從某種程度上提升冷凍水系統(tǒng)的供水溫度，既能夠讓冷機(jī)的COP值得到大幅度上升，又使自然冷卻下的室外溫度設(shè)定點(diǎn)提升，使自然冷卻的時(shí)間延長(zhǎng)，達(dá)到了節(jié)能目的。而濕度設(shè)計(jì)時(shí)，由于冷熱通道的相對(duì)濕度不同，可以對(duì)露點(diǎn)的溫度加以控制，一般將露點(diǎn)溫度設(shè)為11.5℃。

5 ?新風(fēng)處理

數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求較高，必須達(dá)到相應(yīng)的潔凈度。故主機(jī)房室內(nèi)應(yīng)維持5-10Pa的正壓。同時(shí)，折成新風(fēng)的換氣次數(shù)約為1次/h，處理新風(fēng)時(shí)，在夏季很簡(jiǎn)單，就是進(jìn)行除濕;而在嚴(yán)寒的冬季，由于室外空氣干球的溫度比室內(nèi)露點(diǎn)的設(shè)計(jì)溫度要低一些，同時(shí)，干球的濕度也比室內(nèi)的空氣濕度低，故冬天室外空氣的處理主要以“加濕、加熱”為主，關(guān)于加熱處理，現(xiàn)階段，我國(guó)設(shè)計(jì)選擇熱水、電能加熱兩種方式，其中，以熱水加熱方式為主。這明顯浪費(fèi)了大量的能源。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)行的新風(fēng)加熱方式進(jìn)行優(yōu)化，可以嘗試選用換熱機(jī)組，新風(fēng)機(jī)房鄰近IT機(jī)房，從而可充分地利用IT機(jī)房中的回風(fēng)對(duì)新風(fēng)加熱，不僅減少了熱量消耗，而且使末端的空調(diào)負(fù)荷變小，降低了末端空調(diào)風(fēng)機(jī)的功耗;對(duì)于加濕的問(wèn)題，通常采取等溫加濕、等焙加濕的方式，前者的控制精度較高，但電能消耗較大，對(duì)于未啟動(dòng)專用的空調(diào)機(jī)房時(shí)可以選擇，可是，若IT機(jī)房規(guī)模較大，涉及的新風(fēng)加濕量也會(huì)增加，同時(shí)，有單獨(dú)的空調(diào)機(jī)房，可在回風(fēng)口設(shè)置相應(yīng)的濕膜加濕裝置，從而達(dá)到節(jié)能目的。

6 ?引入BMS系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心的暖通系統(tǒng)長(zhǎng)年處于運(yùn)行狀態(tài)，因此又會(huì)涉及自然冷卻與機(jī)械制冷的切換，以及冷機(jī)負(fù)荷增減等問(wèn)題，上述單純地由運(yùn)營(yíng)人員操作是難以實(shí)現(xiàn)的，可以安裝BMS自動(dòng)化控制系統(tǒng)，既可降低工作量，又可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行智能、精確地控制，輕松地實(shí)現(xiàn)裝置切換等，達(dá)到最大化的節(jié)能效果。

7 ?暖通設(shè)備的總體裝機(jī)容量

盡管暖通系統(tǒng)的總體裝機(jī)容量不會(huì)直接影響暖通設(shè)備的節(jié)能性能，但是，從某種意義上會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的配置造成影響。例如：可能增大UPS、變壓器容量，使電纜電流變大，而上述變化皆會(huì)加大電氣設(shè)備的電能損耗，使空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷增加。所以，在對(duì)暖通設(shè)備進(jìn)行型號(hào)選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格參照負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果，選擇合適的暖通設(shè)備，盡量不要增加安全系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

8 ?結(jié) ?論

總之，本文從節(jié)能的視角分析了我國(guó)數(shù)據(jù)中心工程中的暖通空調(diào)系統(tǒng)，關(guān)于節(jié)能措施的選擇，可結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)項(xiàng)目而定，從多個(gè)視角分析主要特征，有效地選用節(jié)能技術(shù)，或進(jìn)行技術(shù)拆分、整合，制定針對(duì)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案。IT設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)與IT技術(shù)的發(fā)展要求相符，在科技不斷發(fā)展下，我國(guó)的制冷系統(tǒng)還會(huì)占有更大的市場(chǎng)，相關(guān)的暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)工作者，應(yīng)當(dāng)積極地了解最新的IT設(shè)備，不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，讓空調(diào)系統(tǒng)功能更加優(yōu)越。

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作者簡(jiǎn)介：熊慧亮（1984.12-），男，漢族，江西新建人，助理工程師，本科，研究方向：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維。