全熱交換機組在數據機房通風系統中的案例研究

王廷偉 劉建波 夏小平

南方電網綜合能源股份有限公司

0 引言

隨著當今社會數字化經濟需求的快速增長，外加各地政府部門給予新興產業的大力扶持，使得數據機房規劃建設邁入蓬勃發展階段。

與此同時，應該看到數據機房IT 設備發熱量較大，自身及輔助冷卻設備高能耗是制約行業發展的難題，因而綠色數據機房概念顯得尤為重要，必將成為未來發展趨勢。總的來說，綠色數據機房需從規劃設計、運營管理、能源效率等方面來衡量是否能夠成為合格的綠色數據機房，核心始終是綠色節能。

鑒于此，對于通風系統核心設備應首先全熱交換機組，引入室外新風與室內排風進行熱、濕交換，保證室內空氣品質要求同時，大幅降低空調系統新風冷負荷[1]，成為實現綠色數據機房的重要一環。

1 項目情況

本項目數據機房位于南方某通信基地內,建筑面積約1548 m2，層高4.8 m，設有5 個功能房間，包括通信設備機房、通信電源室、通信電池室、監控室、空調機房等，詳見圖1。

圖1 數據機房內部平面圖

考慮到經濟性要求和低運行PUE 值的設計目標，數據機房空調系統設計選用集中冷源空調系統（冷水機組+精密空調）方案，室內側熱負荷集中區域安裝冷/熱通道隔離封閉單元。

機房通風系統按照國家規范A 級標準設計，整層配置6 臺全熱交換機組，均安裝于通信設備機房吊頂內，新、排風出入口分散設計，引入室外新風經與排風全熱交換后送入空調機組回風口。

引入室外新風，以用于維持機房內正壓環境，有利于保持機房內理想的空氣品質，保持潔凈、衛生，還稀釋室內不斷產生的空氣污染物（由設備、人員、建筑材料等散發）。

1.1 數據機房等級劃分

根據《電子信息系統機房設計規范（GB50174-2017）》要求[2]，按照數據機房使用性質、數據丟失或網絡中斷進行劃分，數據機房應可分為A、B、C 三級。

對標設計規范細則，本項目定為A 級，主機房環境溫度和相對濕度，輔助區環境溫度、相對濕度（開機時）長期保持22.5 ℃，52.7%左右，均滿足設計規范要求，詳見表1。

表1 A 級信息機房環境要求

同時，還滿足主機房應維持的正壓，即主機房與其它房間、走廊的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓差不宜小于10 Pa，且空調系統的新風量已按照維持室內正壓所需風量進行設計。

1.2 全熱交換機組

全熱交換機組是一種含有全熱換芯體的新風、排風換氣設備，也是一種高效節能的熱回收裝置，通過回收排風中余熱對引入空調系統的新風進行預冷，在新風進入室內或空調機組的表冷器進行熱、濕處理之前，降低新風焓值，將有效降低空調系統冷負荷，節省空調系統運行費用，有效地解決了提高室內空氣品質與綠色節能之間的矛盾。

引入新風量可按工作人員計劃或者維持室內正壓所需風量設計，新、排風系統設備選型均選用新排風一體機，室內排風和新風分別呈正交叉方式流經換熱器芯體時，由于氣流分隔板兩側氣流存在著溫差和蒸汽分壓差，兩股氣流通過分隔板時呈現傳熱傳質現象，引起氣體之間全熱交換過程。

由前面敘述，引入室外新風與室內排風全熱交換后，送至空調機組回風口處。對此開展效益測算，若按照室內2 人設計，新風量40m3/h·人，引入新風量80 m3/h，室內環境選取溫度25.5 ℃，相對濕度55%，采用全熱交換機組，對于南方地區室外環境溫度較長時間處于30～35 ℃，節省較為可觀的空調用電量。

參見圖2 所示，理想情況下，室內、外溫差每增加1 ℃，相應增加新風冷卻能耗5%～10%，均可降低引入新風所需空調能耗[3]。

圖2 理想情況下機組節能率測算

2 問題分析與改進措施

縱觀多數數據機房項目，存在著不少系統性設計誤區，就本項目而言，通風系統全熱交換機組布置位置存在設計缺陷，全熱交換機組布置在機房內，新、排風管道穿入室內側與其接駁，其中引入的新風未與排風全熱交換處理，且處于高熱高濕狀態（連續陰雨天），引入的新風相對濕度持續大于90%，若風管保溫存在局部缺陷，風管長期浸泡在A 類機房環境（溫度處于23 ℃），管壁溫度低于引入新風的露點溫度，將不可避免產生微弱凝露，積少成多，呈流淌狀水體沿著風管內壁接口處滴入室內，若接口下方正對服務器，不免產生設備宕機等事故。通風系統局部如圖3 所示。

圖3 通風系統局部平面圖

2020 年6 月1 日-10 月，項目所在地區陰雨連綿，室外環境溫度29 ℃，相對濕度90%以上，管道內壁產生大量凝露，最終滴入通信設備內部微模塊，造成設備電氣短路與燒毀。凝露區間如圖4 所示。

圖4 凝露過程焓濕圖

基于此，應從系統設計角度出發，將全熱交換機組及新風管移出數據機房，合理布置在公共區域吊頂內，未經預冷新風流經的管道便可遠離機房內部，從根本上杜絕因風管管壁凝露而形成的潛在風險。

根據本項目建筑結構特點，將全熱交換機組及新風管移出數據機房布置，如圖5 所示，利用外部公共空間吊頂，處理后新風直接引入空調機房回風側，不穿過機房通信設備區域。

圖5 改進后新、排風系統平面圖

3 結論

1）對于綠色數據機房，全熱交換機組已成為通風系統的核心設備，節能效果較為可觀。

2）因潛在運營安全風險，全熱交換機組應移出數據機房布置，盡可能選用公共區域。

3）新風管移出數據機房布置，預冷處理后直接引至空調機房進行集中處理。