高海拔地區集中水冷空調系統解決方案

楊宇文，金健，周利軍，董聰聰，姜宇光，米楠

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100000）

高海拔地區主要是指海拔高度高于1000 米的地區，我國幅員遼闊，具有大面積的高海拔區域，涵蓋我國西北地區、北部地區以及西南地區。高海拔區域擁有較低的氣壓、空氣密度和含濕量。本文將基于我國高海拔地區的特殊性，探究水冷空調系統的設計、原理及選型。

1 高海拔地區水冷空調系統使用的必要性

我國擁有寬廣的地域面積，地勢涉及山地、高原、丘陵、平原、盆地等，從圖1 可以得知，我國地勢總體上呈現出東邊位置低、西部位置高的現象。現如今大數據技術、云計算技術、人工智能技術等均獲得創新式發展，并且在信息基礎設施建設環節，其重要性日漸凸顯。傳統形式下能耗高的風冷空調已經不再與當前社會生態發展理念和節能理念相吻合。以高海拔地區的氣候類型特點作為依據，選擇安裝能耗低、效率高、安全性好的水冷空調系統具有十分重要的意義。

2 高海拔地區水冷空調系統可行性分析

數據中心服務器是標準化生產的產品，具有規定的風量和熱量，所以在高海拔區域使用時，所面臨的環境不同。因為空氣密度下降的同時，確保具有穩定不變的制冷量，則應加大送回風的溫差。

2.1 機房環境溫度的確定

（1）A1 類：通常，數據中心嚴格控制環境參數（露點、溫度和相對濕度)和關鍵操作；該類型產品通常是為企業的服務器和存儲產品設計這種環境。

（2）A2 類：通常，信息技術空間或辦公室或實驗室環境一些控制環境參數(露點、溫度和相對濕度）；該類型產品通常是為服務器，存儲產品、個人計算機、工作站設計這種環境。

（3）A3/A4 類：通常，信息技術空間或辦公室或實驗室環境一些控制環境參數(露點、溫度和相對濕度）；該類型產品通常是為服務器，存儲產品、個人計算機、工作站設計這種環境（如表1）。

（4）按ASHRAE 標準，進風溫度有推薦溫度和允許溫度兩種定義，1℃/300m 的降溫幅度明確是針對允許溫度而言的，同時最大海拔為3050m。

按ASHRAE 標準，進風溫度有推薦溫度和允許溫度兩種定義，機柜進風溫度隨著海拔的升高逐步降低，降低幅度為1℃/300m，降溫幅度明確是針對允許溫度而言的； 按平原區設計，空調送風溫度為27℃，回風溫度為35℃，送回風溫差為8℃；拉薩海拔高度約3650m，溫度降幅比平原高9℃，拉薩數據機房設計送風溫度為18℃，回風溫度為35℃（回風溫度不宜大于37℃），溫差為17℃，室內溫度為25℃。國標《數據中心設計規范》標準表如表2。

表1 美國暖通空調工程師協會ASHRAE-TC-9.9 標準 在文章中標注

表2 國標《數據中心設計規范》標準表

3 冷源設備的選擇

3.1 空調冷源方案的選擇

空調冷源方案為：10KV 高壓離心式冷水機組（2500RT，3 臺）+板式換熱器+開式橫流冷卻塔的模式，設計冷凍水供回水溫度為15/21℃，夏季冷卻水供回水溫度為25/30℃，冬季冷卻水供回水溫度為13.5/17.5℃。

根據調研，冷卻塔冷幅值可以達到3.5℃；板式換熱器內冷卻水與冷凍水平均溫差按1.5℃計，當冷凍水供回水溫度為15/21℃時，室外濕球溫度≤10℃時可以完全采用自然冷源，室外濕球溫度≥16℃時，需完全采用電壓縮制冷方式。

空調系統利用自然冷源運行模式：

模式1：室外濕球溫度≤10℃，冷水機組不開啟，全部由開式塔+板換供冷。

模式2：10℃＜室外濕球溫度＜16℃，冷水機組與開式塔、板換聯合工作供冷。

模式3：室外濕球氣溫≥16℃，冷水機組開啟供冷。

以冷凍水供回水溫度15/21℃測算，空調冷源三個階段的運行小時數如表3。

通過設置開式冷卻塔和板換在冬季和過渡季中充分利用自然冷源。

表3 空調冷源三個階段的運行小時數表

3.2 高海拔區空調冷機、冷卻塔的選型要求

（1）在高海拔區域，由于設備電氣元件性能受海拔影響較大，在設備選型時，應采用具有高海拔性能的元器件。

（2）空調冷機：對于規模較大的數據中心（機架數不少于2000 個，單機架功耗不小于5Kw），建議采用10KV 高壓冷機，其性能如下：在高海拔區，高壓冷機的制冷效率要優于低壓冷機；采用高壓冷機可有效減少冷水機組在啟動時對電網的沖擊，減少線路損耗，同時，可以避免變壓器的鐵損和銅損，為用戶有效節約運行費用。

（3）冷卻塔：在高海拔區，風機對冷卻塔的選型有較大影響，風機的電機功率應根據實際工況確定，避免過載；風機選型時，風量依設計要求，風壓要依設計值再按密度比推算標況的壓力值。

4 結語

隨著國家大力實施西部開發戰略，西部地區的人們生活質量獲得大幅度提升，小型數據中心已經無法滿足當前的使用需求，本文基于拉薩地區展開分析，探究高海拔地區大型數據中心集中水冷空調系統的解決方案。