新疆某數據中心空調改造工程

林永添

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東廣州 510630）

1 項目背景

1.1 工程概況

本工程為北疆某數據中心，工程地點位于新疆維吾爾自治區。大樓建筑面積約為7200m2，共1層。本數據中心共采用5臺（4主1備）制冷量為1250kW的風冷冷水機組（帶自然冷卻），自2016年運營以來，已投產全部機房。根據現場運維人員調查，該數據中心空調系統存在以下隱患：

（1）本系統為單管路空調系統，空調系統的主管路或其閥門一旦出現問題，將會導致整個空調系統癱瘓，造成所有機房高溫，數據設備全部宕機。

（2）現有空調系統已持續運行4年，無法進行在線系統檢修維護，將有可能隨時出現停機狀況，并且在不檢修維護下會導致系統制冷效率逐年降低，可能導致數據中心冷量不足，部分機房高溫設備宕機。

（3）能耗極高。根據現場運維人員測試，現有空調系統能效極高，年運行PUE值為2.0。

根據本項目特點，結合現場運維部門要求，建議新建一套蒸發冷卻新風空調制冷系統，與現有制冷系統形成2套相互獨立、互為備份的制冷系統。

1.2 項目可行性

本項目工程地點位于新疆維吾爾自治區，屬溫帶大陸性干旱氣候；春季降水時間較多，約占全年的40%；夏季熱而不悶，且日照時間長；秋季干燥涼爽，晝夜溫差大；冬季嚴寒且漫長，如表1~表2所示。

表1 全年各級濕球溫度頻數

根據上面全年各級干濕球溫度頻數統計表，該地區全年濕球溫度在20℃以下達到99.9%，干球溫度在30℃以下達到97.1%，由此可得該地區蘊含大量的干空氣能。

根據廠家提供資料顯示，新疆室外極端濕球溫度22.2℃時，對應干球溫度30.8℃的條件下，多級蒸發冷卻新風機組運行工況如表3所示。

表3 不同工況、效率所對應的出風溫度

結論：在極端溫度下，新風機組出風溫度可達到20.4℃，可有效滿足數據機房進風溫度（18~27℃）要求。綜上所述，該方案可用于本項目改造。

1.3 空調系統

1.3.1室內外設計參數（見表4~表5）

表4 室外設計參數

1.3.2空調冷負荷

本項目空調冷負荷按照工藝專業提資計算Q=Q1+Q2，冷量按照逐時逐項疊加，取最大冷負荷值選取主機。其中建筑圍護結構冷負荷Q1=478kW，工藝冷負荷Q2=4378kW，則空調總冷負荷為4856kW。根據現場運維部門提供運行數據顯示，數據中心現階段負荷率較低，由于現場安裝空間有限，因此，本期安裝40臺多級蒸發冷卻新風空調機組（含4臺備用），其中顯冷量≥120kW機組14臺（含2臺備用），顯冷量≥80kW機組26臺（含4臺備用），作為現有空調系統的備份。

表2 全年各級干球溫度頻數

表5 室內設計參數

表8 運行能耗估算

1.3.3空調系統流程

室外新風→多級蒸發冷卻新風空調機組→室內數據→機房室外

1.3.4空調系統安裝位置

多級蒸發冷卻新風空調機組安裝于機房屋面，通過新風豎井送至空調風柜房，由精密空調風柜送至冷通道中。風柜房回風百葉口設置電動調節閥，外墻設置軸流風機（可調）組合風墻，排風量按照新風機組的80%配置，排風口設置電動調節閥和電動保溫密閉閥。新風經過服務器降溫后，熱風由外墻軸流排至室外，同時根據進排風溫度調節回風及排風開度，部分回風與新風在風柜房混合，從而保證機房內溫度恒定。在屋面設置補水箱，采用重力流補水，水箱可滿足主機12h補水量，各補水箱通過環管連接起來，從市政接入兩路補水管，保證補水可靠性。具體剖面圖如圖1所示。

圖1 空調系統機房剖面

1.3.5主要設備參數表（見表6）

表6 設備

1.3.6空調系統多季節運行邏輯

本項目多級蒸發冷卻多季節運行邏輯如表7所示。

2 工程特色

本項目為數據中心項目，空調系統需要全年不間斷運行。改造后，一方面能解決數據中心單管路隱患，長期無法檢修的問題；另一方面運用了蒸發冷卻的節能技術，大大節省了空調系統的能耗。我國新疆屬于世界高緯度地區，冬季平均溫度極低，且持續時間漫長，利用自然冷卻實現的節能效果極好。通過計算，改造后節能率達42%，具體運行能效估算表如表8所示。

表7 多級蒸發冷卻多季節運行邏輯

3 結語

數據中心在國家“新基建”形式背景下，每年建設數量呈指數增長，其單位能耗幾乎是民用建筑的十倍或以上，針對數據中心數量多且用能大的特點，工信部和各地政府發改委出臺系列較為嚴格的節能措施，將新建和改造的數據中心PUE值盡量降低?？照{系統的能耗約占數據中心基礎設施的80%以上，故空調系統的能耗高低是衡量一個數據中心是否節能的標準。

蒸發冷卻技術作為數據中心行業節能新技術，已經逐步在數據中心得到越來越廣泛的應用。該項目施工完成后，通過對實際工程的研究和總結，為今后我國西北部地區數據中心利用蒸發冷卻技術提供項目參考。