某銀行數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

盛青青（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海200041）

某銀行數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

盛青青
（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海200041）

介紹了上海某銀行數(shù)據(jù)中心的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心采用的熱回收機(jī)組和3000m3的空調(diào)應(yīng)急水箱，可以為辦公區(qū)提供冬季空調(diào)熱源及夏季水蓄冷水箱，有效的降低了辦公區(qū)空調(diào)的運(yùn)行成本。

水蓄冷；熱回收；數(shù)據(jù)中心

0 引言

數(shù)據(jù)中心主機(jī)房作為綜合布線和信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心，其是否安全運(yùn)行直接關(guān)系到中心的各類重要數(shù)據(jù)和主要業(yè)務(wù)的正常運(yùn)作。為保證機(jī)房承擔(dān)各項(xiàng)任務(wù)時不間斷地正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)必須在保證安全的前提下，為高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的工作環(huán)境。在保證數(shù)據(jù)中心安全、高效運(yùn)行的前提下，數(shù)據(jù)中心冷源與辦公區(qū)冷熱源相結(jié)合的系統(tǒng)，可以有效的降低辦公區(qū)的運(yùn)行費(fèi)用。

1 工程概況

該工程位于上海市張江高科技園區(qū)銀行卡產(chǎn)業(yè)園，總建筑面積約15.3萬m2。地上1#樓為數(shù)據(jù)中心，2#和3#樓為辦公業(yè)務(wù)處理中心，4#樓為培訓(xùn)中心、食堂和宿舍，5#樓為專家樓；地下主要功能為各類設(shè)備用房、汽車停車庫及輔助用房等，部分兼為六級人員掩蔽部。

2 空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)中心冷源

數(shù)據(jù)中心總冷負(fù)荷為10458k W，為確保數(shù)據(jù)機(jī)房24h安全運(yùn)行，冷凍機(jī)組裝機(jī)容量考慮20%擴(kuò)容余量，采用N+2臺數(shù)配置，為4臺3169k W變頻離心式冷水機(jī)組和2臺帶全熱回收冷凝器的3169k W變頻離心式冷水機(jī)組，其中兩臺為備用，熱回收機(jī)組回收的熱量供業(yè)務(wù)處理中心冬季空調(diào)采暖用。冷凍水系統(tǒng)中串聯(lián)16臺22m3的密閉蓄冷罐，平時工作狀態(tài)為蓄冷過程，當(dāng)市電出現(xiàn)故障，在柴油發(fā)電機(jī)組啟動之前，冷凍水泵系統(tǒng)、機(jī)房精密空調(diào)由U P S供電，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，蓄水罐處于放冷狀態(tài)，繼續(xù)為機(jī)房精密空調(diào)供冷，可滿足15min全荷載設(shè)計(jì)的供冷量。

冷凍水供回水溫度為10℃/18℃，可使冷水機(jī)組在較高的COP下運(yùn)行，提高供冷系統(tǒng)的效率；為最大化利用免費(fèi)冷源，冷水機(jī)組供冷系統(tǒng)中并聯(lián)兩組板式換熱器，每組板換的換熱量為3169k W，在冬季及過渡由免費(fèi)冷源供冷；為提高數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，還備有3000m3的空調(diào)應(yīng)急水箱，可保證空調(diào)水系統(tǒng)一天的正常運(yùn)行所需冷量。末端供回水管路采用A、B兩個獨(dú)立回路，平時A、B兩個回路運(yùn)行的水量分布為各50%，同時運(yùn)行；當(dāng)其中一個回路出現(xiàn)問題時，可直接切換至另一個回路供冷。

圖1 數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)原理圖

數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2.2 辦公、培訓(xùn)中心冷源

辦公區(qū)充分利用夜間低谷電價(jià)，采用水蓄冷系統(tǒng)，共配置3臺3169k W離心式冷水機(jī)組。其中一臺冷水機(jī)組夜間8小時進(jìn)行蓄冷，總蓄冷量25352k Wh，采用3000m3的空調(diào)應(yīng)急水箱為蓄冷水槽，蓄水溫度為6℃/13℃，白天通過板式換熱器放冷，與冷水機(jī)組聯(lián)合供冷。

空調(diào)供回水溫度為6℃/14℃，大溫差系統(tǒng)，可較大的節(jié)約水泵輸送能耗，減小系統(tǒng)輸水管徑，節(jié)約初投資。辦公區(qū)冷源系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

水蓄冷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4種運(yùn)行工況，夜間蓄冷工況、冷水機(jī)組供冷工況、蓄冷水槽供冷工況和冷水機(jī)組與蓄冷水槽聯(lián)合供冷工況。

該項(xiàng)目的蓄冷水槽為土建水池，內(nèi)壁需做防水保溫處理；水槽上、下分別設(shè)置布水器，以保證蓄冷溫度的均勻分布，布水器三維示意圖如圖3所示。

圖2 辦公區(qū)冷源系統(tǒng)原理圖

圖3 布水器三維示意圖

2.3 熱源

冬季辦公區(qū)采暖總熱負(fù)荷為5008k W，優(yōu)先利用數(shù)據(jù)中心帶熱回收冷凝器的冷水機(jī)組供熱，供回水溫度為45-40℃。另配備2臺2.5MW的燃油、燃?xì)鈨捎谜婵諢崴仩t，作為輔助熱源，平時使用天然氣，當(dāng)天然氣切斷時可使用備用柴油。鍋爐房使用的儲油罐與柴油發(fā)電機(jī)房使用的儲油罐合用。鍋爐供回水溫度為60-50℃，直接供冬季空調(diào)使用。

冬季采暖以熱回收機(jī)組為主，鍋爐為輔，優(yōu)先使用熱回收系統(tǒng)。如果熱回收機(jī)組的溫度保持穩(wěn)定狀態(tài)不變，繼續(xù)使用熱回收機(jī)組，如果末端溫度下降連續(xù)半小時不能維持設(shè)計(jì)溫度，則系統(tǒng)報(bào)警，并關(guān)閉熱回收供熱系統(tǒng)，開啟鍋爐供熱系統(tǒng)。

3 節(jié)能分析

3.1 免費(fèi)冷源系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)中心投入使用初期，末端冷負(fù)荷較小，過渡時期可以由免費(fèi)供冷換熱板換提供冷源，運(yùn)行時間可相對延長，減少主機(jī)的開啟時間。在數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行期間，冬季室外濕球溫度較低的情況下，可以關(guān)閉主機(jī)，切換至免費(fèi)冷源供冷系統(tǒng)，降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

免費(fèi)冷源系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)日的供冷量轉(zhuǎn)化為冷水機(jī)組供冷量，經(jīng)計(jì)算，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用17926元。根據(jù)上海地區(qū)全年濕球溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1-2]，可采用免費(fèi)冷源系統(tǒng)供冷的時間約占全年時間的20%，則使用免費(fèi)冷源季可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約130萬元。

3.2 水蓄冷系統(tǒng)

水蓄冷技術(shù)可以充分利用峰谷優(yōu)惠電價(jià)。上海市夏季工商業(yè)兩部制分時電價(jià)見表1。

表1 上海市夏季工商業(yè)兩部制分時電價(jià)

從電價(jià)表中可以看出，峰電與谷電的比值為4.2：1，充分利用夜間低谷電價(jià)，可節(jié)省較高的空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。辦公區(qū)夏季設(shè)計(jì)日水蓄冷的運(yùn)行策略如圖4所示（水蓄冷中預(yù)留5000k W蓄冷量給數(shù)據(jù)中心）。

從設(shè)計(jì)日運(yùn)行策略圖可知，蓄冷水槽白天以每小時1600k W均勻釋放冷量，共運(yùn)行13h，總釋冷量為20800k Wh，預(yù)留5000k Wh蓄冷量給數(shù)據(jù)中心。

若將白天總釋冷量轉(zhuǎn)化為冷水機(jī)組供冷量，經(jīng)計(jì)算可得，設(shè)計(jì)日可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用3690元，整個夏季可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約38萬元。

3.3 熱回收系統(tǒng)

冬季優(yōu)先采用熱回收機(jī)組回收的熱量供辦公中心空調(diào)采暖用，可有效的節(jié)省空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。

冬季空調(diào)尖峰總熱負(fù)荷為5008k W，設(shè)計(jì)日一天的總熱負(fù)荷為56690k W。燃?xì)赓M(fèi)按4.0元/m3計(jì)算，設(shè)計(jì)日采用熱回收機(jī)組系統(tǒng)比采用燃?xì)忮仩t系統(tǒng)要節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用9415元，整個冬季采暖供熱天數(shù)按120d計(jì)算，則可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約79萬元。

圖4 辦公區(qū)夏季設(shè)計(jì)日水蓄冷的運(yùn)行策略

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多用戶需要大量的數(shù)據(jù)處理和信息交換，大量的企業(yè)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)，冰蓄冷、水蓄冷、熱回收、免費(fèi)冷源等節(jié)能措施在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍。

熱回收技術(shù)和蓄冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的節(jié)能應(yīng)用中有很大的前景，不僅可以提供數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急冷源，保障數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行，同時也可以為辦公區(qū)減低運(yùn)行費(fèi)用。

[1]王在峰.冷卻塔供冷系統(tǒng)在既有建筑空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008.

[2]漆海兵.冷卻塔供冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].制冷技術(shù),2013,33（2）：57-61.

Energy Saving Analysis of Bank Date Center Air-conditioning System

SHENG Qing-qing
（Shanghai Institute of Architectural Design&Research Co.，Ltd，Shanghai 200041，China）

T h i s p a p er intro d uce s t h e col d an d h eat s ource o f t h e air con d itionin g s y s tem f or a b an k d ata center in S h an gh ai，t h e h eat reco v ery c h iller s com b ine d w it h 3000m3air-con d itionin g col d w ater emer g ency tan k can p ro v i d e h eat s ource in w inter an d c h ille d w ater s tora g e in s ummer，wh ic h re d uce s air-con d itionin g o p eration co s t o f t h e o ff ice area e ff ecti v ely.

c h ille d w ater s tora g e；h eatreco v ery；d ate center

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.022

T U83

B

2095-3429（2017）03-0088-04

2017-04-10

修回日期：2017-05-31

盛青青（1984-），女，浙江人，碩士，工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。