哈南數據中心空調系統設計

王 韜

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哈南數據中心空調系統設計

王 韜

（江蘇省郵電規劃設計院有限公司 南京 210000）

根據數據中心特殊的使用要求和運行特點，主要從空調系統的安全性和節能性兩個方面介紹了空調主機系統及末端系統的設計。

數據中心；安全性；節能

0 工程概況

本工程用地面積：19863.0m2，工程一期通訊機房A1，遠期油機房B2，遠期輔助用房B3，遠期油機房B4，遠期通信機房B5。本期機房樓A1總建筑面積9600.0m2，機房樓地上4層，建筑高度22.42m，功能為通訊機房滿足國標A級及TIRⅢ標準。

1 空調冷熱源

本工程A1機樓設計冷負荷4792kW，遠期B5機樓預估冷負荷7071kW。本項目制冷機房設于A1機樓一層，采用4臺1200RT/臺高壓離心機組（其中1臺為備用機組），1臺500RT/臺螺桿式冷水主機。冷凍水泵及冷卻水泵各為5臺與制冷機組一一對應，采用UPS保障；5臺低噪聲開式冷卻塔與制冷機組一一對應設于四層屋面，該工程另設5臺板式換熱器與制冷機組一一對應用于冬季免費制冷。

2 室內設計參數

根據設備對工作環境的要求，為確保設備在正常情況和極限情況下都能穩定可靠地工作，故不同等級的機房室內設計參數宜按《電子信息系統機房設計規范》要求設計如表1所示。

本工程主機房的溫、濕度執行A級，基本工作間可根據設備要求按A、B兩級執行，其他輔助房間應按工藝要求確定。

3 空調系統設計

3.1 空調水系統

考慮到機房的安全性要求滿足國標A級及TIRⅢ標準，本工程冷凍水供回水溫度為12/17℃，空調管路采用雙管路的閉式循環系統，由立管和水平管組成，主干管采用異程式布置，各支管安裝平衡閥；冷凍水系統由定壓罐進行系統定壓；冷卻水系統與主機一一對應，兩路補水分別接自市政給水管網和冷卻水蓄水池。設備、閥門、管道等承壓能力均為1.0MPa。考慮到后期擴容便利，大樓主干管均為一次性建設到位（包括立管及水平管）。A1機樓制冷機房至B5機樓的室外冷凍水管道采用管溝方式敷設。

圖1 空調主系統原理

表1 室內設計參數

3.2 空調末端系統

為降低機房PUE及數據中心運行成本，提高數據機房的經濟效益，本工程綜合考慮節能、安全、投資成本、技術成熟度、客戶接受度等多種因素，綜合考慮末端空調方案。

本工程空調方式配置方案如下：

（1）7kW機柜機房：采用熱管背板空調。

（2）4kW機柜機房：采用傳統的冷凍水型機房專用空調，地板下送風封閉冷通道。

（3）電力電池室、變配電室：采用傳統的冷凍水型機房專用空調，風管定點上送風方式。

4 工程設計特點

4.1 安全性

由于數據中的空調系統一旦因故障或斷電停止運行將造成服務器因過熱而停機，將造成重大的經濟損失，所以空調系統的安全運行尤為重要。本工程主要從以下幾個方面保障制冷系統的安全性。

（1）制冷主機與末端空調的冗余以保證任意一臺主機或末端在因故障停機的情況下保持制冷量不變。本項目制冷主機采用4臺1200RT高壓離心機組（其中1臺為備用機組），1臺500RT螺桿式冷水主機。末端采用+1備份方式，對每個模塊機房若主用末端機組數量≤5臺，備份機組數量設置1臺，若主用末端機組數量＞5臺，備份機組數量設置2臺。

（2）空調水系統干管及末端管路均采用雙管路的閉式循環系統，已保證管路中任意一路出現故障均可切換至另一路運行。

（3）為保障因市電斷電而柴油發電機組和空調水系統未啟動情況下的不間斷供冷需求，采用閉式蓄冷罐保障15分鐘的不間斷冷源，本期A1機樓及遠期B5機樓兩棟數據中心蓄冷罐總容積約為500m3，共設置3個蓄冷罐，單個蓄冷罐容積為167m3（本期建設完成），安裝于室外。冷凍水泵采用UPS保障不間斷供電。

（4）為保障當地市政供水停水時12小時的冷卻塔補水，設計冷卻水蓄水池，A1、B5機樓蓄水池總容積約為500m3，置于地下。

4.2 系統節能

數據中心能耗巨大，其能耗主要包括主設備耗電、空調系統耗電、電源系統耗電和其他耗電。其中空調系統能耗在數據中心能耗占比約45%，因此降低空調能耗對降低數據中心PUE至關重要。本工程主要從以下兩個方面降低空調能耗。

（1）提高冷凍水供回水溫度，由于數據機房的冷負荷基本為顯熱冷負荷，因此本工程采用12～17℃高溫冷凍水，可以使水冷機組COP值可從5.5提高至7.0，預計系統節能5～10%。

（2）自然冷卻技術，哈爾濱全年室外平均溫度低，自然冷源利用條件優越。本工程采用冷卻塔間接供冷方式利用室外自然冷源。在原有系統上串聯板式換熱器，并增加切換管路和閥門。當室外濕球溫度低于6℃時，關閉冷水機組，完全采用自然冷卻。系統斷開與冷水機組的連接，切換到直接與板式換熱器連接，通過板式換熱器換熱直接帶走室內熱量。

表2 各工況運行時長

從表2可以看出，空調系統實現全部自然冷卻的小時數為4571，超過全年空調運行時間的50%。

圖2 冷水機組和板式換熱器串聯示意圖

5 結語

通過對該工程暖通空調的設計，筆者深刻體會到設備的運行安全和節能對于數據中心這種面負荷高、不間斷運行建筑的重要性。因此在設計過程中需嚴格滿足國標A級關于系統安全性的要求并充分考慮系統在設備故障、停水、停電狀況下的不間斷運行。在空調系統的設計上盡可能多的采用節能措施如提高冷凍水供回水溫度，冬季免費供冷，采用節能設備等。

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Air Conditioning System Design for the Hanan Data Center

Wang Tao

( Jiangsu Post & Telecommunications Planning Design Institute Co., Ltd, Nanjing, 210000 )

According to the special requirements and operation characteristics of the data center, this paper mainly introduces the design of air conditioning main system and terminal system from two aspects of safety and energy saving.

data center; safety; energy saving

1671-6612（2018）06-613-03

TU831

A

王 韜（1984-），男，工學碩士，工程師，主要從事暖通設計工作，E-mail：woowkaka@qq.com

2018-02-26