數據中心工程中暖通系統節能措施的分析

熊慧亮 涂祥宇

摘 ?要：近年來，我國的社會經濟飛速發展，迎來了信息時代，數據中心作為信息化建設中重要的基礎設施，其施工規模逐漸擴大，暖通系統的能耗量也大幅度上升，數據中心工程暖通系統的節能設計顯得非常關鍵。基于此，本文從IT設備對周邊環境要求的視角分析，提出了一套安全、節能的暖通系統設計方案。

關鍵詞：數據中心工程;暖通系統;節能措施

中圖分類號：TP308 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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，我國的數據中心工程日益增多，單一數據中心的建筑面積甚至可達上萬平方米，使得傳統的機房精密空調冷卻模式不適應市場發展要求，PUE是一項節能效果評估的重要指標，要求至少應超過2.0。這意味著這樣的冷卻模式在大型數據中心工程中正常運行的電能需求量非常大。對此，目前界內一般采用冷凍水系統，取代直膨型的精密空調，利用場地條件、對相關的溫濕度、平面布局等進行優化設計，以達到節約能源的目的。以下就相關問題展開詳細論述。

1 ?合理地利用戶外的氣候條件

第一，數據中心工程長年不停運行，要求空調系統也要保持全年運行。但在我國的北部地區，每逢冬季、過渡季節，可充分地利用戶外空氣為冷源，有效地減少了制冷設備的運行時間，節約系統的運行成本。可以說，如果能夠供人使用的完全、部分自然冷卻的時間越長，則全年整個工程的PUE平均數值會越小。

第二，冷卻塔供冷系統中，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的冷卻水，在降溫后，流入制冷機組，等同于冷機設備的負載率下降，使得系統的壓縮機功率變小，達到節能目的。如果戶外的濕球溫度一直處于下降狀態，則冷凍水的回水，從板換另一側冷卻水，在降溫后，溫度與有關的供水溫度標準相符，進入完全的自然冷卻。可停止冷機運行，從冷卻塔承擔所有的負荷。

第三，換熱機組等風端自然冷卻系統一般可對戶外的干球溫度加以利用，當干球溫度比室內送風的設計溫度低2℃時，即可開啟風端的自然冷卻功能。我國的西北地區屬于干熱地區，可在戶外空氣未進到換熱的機組時，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，延長自然冷卻時間。

2 ?設備變頻設計

第一，在數據中心工程的制冷空調系統，制冷機組運行的電能消耗最大。利用變頻冷機，不僅可在部分負荷時，讓壓縮機的功率變小，而且能夠伴隨室外濕球的溫度而降低，使流入制冷機組的冷卻水的溫度降低，提高了冷機系統的COP值。同時，在數據中心的空調系統中，冷機開啟時間與蓄冷罐的型號選擇具有密切的關系，而冷機變頻設計能夠極大地壓縮開啟時間，導致蓄冷罐的容量變小。

第二，關于水泵，通常在泵的頻率末端，難以對環路的壓力差進行控制。可選擇變頻水泵，如果末端的負荷很小，則水泵的頻率也會有所降低，進而取得節約電能的效果。

第三，末端空調的風機選用EC型號，結合架空的地板中的靜壓或者回風的溫度對風機的頻率加以控制，使風機的耗電量減少。

第四，冷卻塔的風機最好選用變頻風機，依據室外濕球的溫度，對風機頻率加以調節，以節約大量的電能消耗。

3 ?科學的氣流組織

在數據中心工程中，對主機房的氣流組織進行合理的規劃、設計非常重要。以免發生冷風、熱風的彼此混合。當單機柜的熱密度小于5kW時，則可秉承冷熱通道的設計準則;若單機柜的熱密度大于5kW時，則可選擇封閉式冷熱通道的設計準則。現階段，我國封閉式的冷通道居多，然而伴隨時代的發展，室內設計的送風溫度日益上升，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境更為舒適，二是封閉式的熱通道能夠使機柜本身的漏風率降低。關于以往架空地板的送風，由于開孔地板會有相應的阻力損失，要求風機壓頭更大，加大了風機的功率。而關于高密度的機柜，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+側送風形式”相結合的方式，可進一步改進氣流組織。

4 ?送風參數的設計

數據中心工程中，對于主機房的送風系統，其溫、濕度的設計標準應與相應的IT設備對環境的要求保持一致。例如：我國的數據中心的主機房內，溫濕度的參數設計如下：開機時，機房的室內溫度為23.0±1.0℃，濕度控制在40.0%-55.0%;停機時，室內溫度為5.0℃-35.0℃，相對濕度控制在40.0%-70.0%。可是，沒有對具體地點的溫度作出明確說明，對于封閉式的冷/熱通道是不適用的。相關設計人員可以借鑒美國ASHRAE的相關標準，即規定了IT機房中的送風溫度應控制在18.0℃-27.0℃范圍內，露點溫度應控制在5.5℃-15.0℃范圍內，在對送風的溫濕度進行確定的時候，在推薦的參數基礎上，可盡量上調溫度，進而能夠從某種程度上提升冷凍水系統的供水溫度，既能夠讓冷機的COP值得到大幅度上升，又使自然冷卻下的室外溫度設定點提升，使自然冷卻的時間延長，達到了節能目的。而濕度設計時，由于冷熱通道的相對濕度不同，可以對露點的溫度加以控制，一般將露點溫度設為11.5℃。

5 ?新風處理

數據中心的主機房對室內環境要求較高，必須達到相應的潔凈度。故主機房室內應維持5-10Pa的正壓。同時，折成新風的換氣次數約為1次/h，處理新風時，在夏季很簡單，就是進行除濕;而在嚴寒的冬季，由于室外空氣干球的溫度比室內露點的設計溫度要低一些，同時，干球的濕度也比室內的空氣濕度低，故冬天室外空氣的處理主要以“加濕、加熱”為主，關于加熱處理，現階段，我國設計選擇熱水、電能加熱兩種方式，其中，以熱水加熱方式為主。這明顯浪費了大量的能源。因此，應當對現行的新風加熱方式進行優化，可以嘗試選用換熱機組，新風機房鄰近IT機房，從而可充分地利用IT機房中的回風對新風加熱，不僅減少了熱量消耗，而且使末端的空調負荷變小，降低了末端空調風機的功耗;對于加濕的問題，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，對于未啟動專用的空調機房時可以選擇，可是，若IT機房規模較大，涉及的新風加濕量也會增加，同時，有單獨的空調機房，可在回風口設置相應的濕膜加濕裝置，從而達到節能目的。

6 ?引入BMS系統

數據中心的暖通系統長年處于運行狀態，因此又會涉及自然冷卻與機械制冷的切換，以及冷機負荷增減等問題，上述單純地由運營人員操作是難以實現的，可以安裝BMS自動化控制系統，既可降低工作量，又可根據實際情況進行智能、精確地控制，輕松地實現裝置切換等，達到最大化的節能效果。

7 ?暖通設備的總體裝機容量

盡管暖通系統的總體裝機容量不會直接影響暖通設備的節能性能，但是，從某種意義上會對電氣設備的配置造成影響。例如：可能增大UPS、變壓器容量，使電纜電流變大，而上述變化皆會加大電氣設備的電能損耗，使空調系統的負荷增加。所以，在對暖通設備進行型號選擇時，應當嚴格參照負荷的計算結果，選擇合適的暖通設備，盡量不要增加安全系統負擔。

8 ?結 ?論

總之，本文從節能的視角分析了我國數據中心工程中的暖通空調系統，關于節能措施的選擇，可結合實際的設計項目而定，從多個視角分析主要特征，有效地選用節能技術，或進行技術拆分、整合，制定針對性較強的設計方案。IT設備的基礎設施應與IT技術的發展要求相符，在科技不斷發展下，我國的制冷系統還會占有更大的市場，相關的暖通空調的設計工作者，應當積極地了解最新的IT設備，不斷地優化設計思路，讓空調系統功能更加優越。

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作者簡介：熊慧亮（1984.12-），男，漢族，江西新建人，助理工程師，本科，研究方向：數據中心基礎設施運維。