簡述數據中心通風空調系統設計特點

孫雙霞

長沙中聯重科環境產業有限公司 湖南 長沙 410000

在“互聯網+”與“大數據”背景下，互聯網技術的應用越來越廣泛，深度融入國內經濟、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，促進了信息技術更快的發展，同時對承載數據集成的數據中心的需求量越來越大。

1 數據中心通風空調系統設計

1.1 室內環境要求

數據機房的負荷大多來源于設備散熱，其負荷特點[1]：顯熱負荷大、濕負荷很小。數據機房全年不間斷運行，運行環境的溫度、相對濕度、空氣潔凈度均需滿足其安全性與使用要求，機房內的空調系統需具有很高的可靠性。

1.2 空調冷源

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。制冷系統按5+1的備用方式設置，冷凍水系統設計為一次泵變流量系統，板式換熱器與冷水機組一一對應，管路設計為環路設計，保證系統可在線維護，提高可靠性。

為滿足IT機房全年運行要求，系統需滿足連續供冷。一次泵、精密空調機組采用UPS（不間斷電源）供電，蓄冷罐容積保證系統滿負荷連續運行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，充滿17℃的冷凍水。

1.3 空調熱源

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

1.4 空調風系統

（1）服務器機房（主機房）。主機房內所有IT機柜采用面對面、背對背的冷熱通道形式，機房空調機組與機柜行列成垂直擺布。機房空調采用下送上回的送風方式：機房空調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備，室內熱風上升，由封閉的熱通道和吊頂靜壓箱進行回風。

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

2 數據中心空調系統節能技術要點

數據中心空調系統節能技術較多，但都需要設計者結合實際工作經驗，選擇合適的節能方法。

2.1 變頻節能技術的應用

空調系統耗電量的15%～30%左右為水泵耗電量，采用變頻調速技術可以顯著降低水泵流量，且流量減少后水泵轉速降低，根據電動機所需功率會按照三次方的程度下降。根據數據中心所需冷負荷大小、風機轉速的調節選擇具有風機調速功能的機房專用空調，實現大幅度降低空調消耗的電能，實現節能的目的。通常數據中心按照N＋1或N＋2冗余配置精密空調，一旦采用具有風機調速功能的精密空調時，投入運行原設計方案中的備份空調，實現以降低風機轉速減少風機能耗的目的。

同時設計過程都是按照夏天最熱情況計算大型數據中心空調系統的制冷量，這就造成全年時間中大部分時間空調系統都為處于全負荷運行狀態。除此之外，大型數據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，而是受到能耗與網絡訪問量或運行狀態相關，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，日夜復合變化較大，選擇中央空調系統變頻技術最為合適，這樣不但可以提高制冷效率，還可以在接下來一年的節省電費收回成本。

2.2 充分利用冬季室外冷源

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

現階段大型數據中心中水冷自然冷卻系統是常用的節能技術。當室外溫度偏低時，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，方便精密空調的使用，通常將這一過程稱為完全自然冷卻階段；當處于過渡季節時，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計溫度，這個階段冷水機組本身處于部分負荷運行狀態，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

大型數據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。但在冬季與數據中心配套的辦公、運維及宿舍卻需要熱源解決供暖問題。一般設計會重新設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定且免費的熱源供空調系統供暖使用，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，降低對生態環境的破壞。

3 結束語

總之，在實際工程設計中，數據中心的空調系統應能適應客戶不同標準的需求，根據項目特點，選擇適宜的方案。考慮到很多大型數據中心分期建設的情況，空調系統設計時應考慮周全，以備在后期的實施中，根據客戶的實際需要做出相應快速、便利地調整。