金融數(shù)據(jù)中心機房直膨空調(diào)及其配電系統(tǒng)建設

費孔鶴 汪 冰 袁 祎 馬干俊

1.中郵建技術有限公司；2.南京佳力圖機房環(huán)境技術股份有限公司

0 引言

金融數(shù)據(jù)中心是金融機構信息化建設的重要組成部分，是金融機構的信息核心，承載著金融機構的所有業(yè)務數(shù)據(jù)和交易信息，包括客戶信息、賬務資料、交易記錄等，實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的安全、可靠和高效管理是金融機構的首要任務。金融機構的業(yè)務具有高度實時性和敏感性，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)泄露等問題，將會給金融機構和客戶帶來嚴重的損失和影響。因此，金融數(shù)據(jù)中心需要采用先進的技術和設備，同時要加強管理和采取安全措施，實現(xiàn)機房的高可用性、高可靠性和高性能，確保金融機構的信息系統(tǒng)安全和業(yè)務的連續(xù)性。

直膨空調(diào)系統(tǒng)是一種節(jié)能的冷卻解決方案。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)大都使用蒸發(fā)制冷技術，但這種方法消耗大量的能量。而直膨空調(diào)系統(tǒng)采用新技術，在冷卻過程中極大地減少了能耗。直膨空調(diào)系統(tǒng)還具有更高的冷卻效率和更好的溫濕度控制能力，它能夠根據(jù)需求進行精確調(diào)節(jié)，從而節(jié)省了大量的能源和維護成本。因此，直膨空調(diào)配電系統(tǒng)對于保障金融數(shù)據(jù)中心的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。直膨空調(diào)配電系統(tǒng)在金融數(shù)據(jù)中心機房中的應用和作用具體包括：提供高效冷卻，節(jié)能降耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提供安全電源。

1 金融數(shù)據(jù)中心機房

1.1 金融數(shù)據(jù)中心機房的特點

金融數(shù)據(jù)中心是金融行業(yè)信息技術支撐系統(tǒng)的核心設施之一，其特點主要包括高度自動化、大規(guī)模、高密度、安全穩(wěn)定性高、運行要求高和能源效率高等多個方面。

（1）高度自動化：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備大多是高度自動化的，包括服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備等，其運行和管理都需要高度的自動化技術支持。

（2）大規(guī)模、高密度：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備數(shù)量通常較多，設備密度較高，而且機房空間有限，因此對于機房布局和設備擺放有一定的要求。

（3）安全穩(wěn)定性高：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備通常是金融機構的重要資產(chǎn)，數(shù)據(jù)的保密性、完整性和可靠性至關重要，因此對機房的安全穩(wěn)定性要求高，一般采取多重防護措施。

（4）運行要求高：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備通常要求24 小時連續(xù)安全穩(wěn)定運行，因此對于機房設備的維護和管理都有非常高的要求。

（5）能源效率高：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備通常需要大量的電力支持，因此需要對機房的能源消耗進行嚴格的管理，提高能源利用效率，減少能源消耗。

1.2 金融數(shù)據(jù)中心機房的需求分析

金融數(shù)據(jù)中心作為金融機構的核心基礎設施，其需求分析包括機房安全性需求、機房穩(wěn)定性需求、機房容量需求、機房節(jié)能需求和機房管理需求等多個方面。

（1）機房安全性需求：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備是金融機構的重要資產(chǎn)，關乎數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、保密性和完整性。因此，機房的安全性需求非常高，需要具備物理安全、網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全等多重防護措施，以保證機房內(nèi)設備和數(shù)據(jù)的安全。

（2）機房穩(wěn)定性需求：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備通常需要24 小時連續(xù)穩(wěn)定運行。因此，機房的穩(wěn)定性需求非常高，需要具備高度可靠的設備、配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，以保證機房的穩(wěn)定運行。

（3）機房容量需求：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備數(shù)量通常較多，設備密度較高，因此機房的容量需求也比較高。機房的設計需要充分考慮到設備廣度和密度，以保證機房既能夠容納足夠的設備，又能保持較好的通風散熱效果。

（4）機房節(jié)能需求：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備通常需要大量的電力支持，因此機房的節(jié)能需求也比較高。機房的設計需要充分考慮到能源消耗，采取有效的節(jié)能措施，降低機房的能源消耗、節(jié)約機房的運營成本。

（5）機房管理需求：金融數(shù)據(jù)中心機房中的設備多為高度自動化設備，其運行和管理都需要高度的自動化技術支持。機房的管理需求包括設備管理、資源管理、監(jiān)控管理等多個方面，需要建立完善的機房管理體系，保證機房的正常運行和管理。

2 直膨空調(diào)系統(tǒng)

2.1 直膨空調(diào)系統(tǒng)的原理

直膨空調(diào)系統(tǒng)是一種適用于大空間的空調(diào)系統(tǒng)，其原理是通過在機房內(nèi)設置多個直膨器，將冷卻劑直接送至膨器內(nèi)膨脹制冷，以達到控制機房溫度的目的。直膨空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示，具體工作原理如下：

圖1 直膨空調(diào)系統(tǒng)

（1）制冷劑循環(huán)：制冷劑，又稱冷媒、雪種，在直膨空調(diào)系統(tǒng)中循環(huán)運行，通過壓縮機變成高壓氣體，進入冷凝器變成液態(tài)，再通過節(jié)流閥降壓，成為低壓氣體。

（2）直膨器膨脹：低壓氣體進入直膨器，在直膨器內(nèi)膨脹成為低溫低壓的蒸發(fā)氣體，吸收機房內(nèi)熱量，從而降低機房溫度。

（3）冷凝器冷卻：機房內(nèi)的熱量被吸收后，蒸發(fā)氣體進入冷凝器，被冷凝成高壓液態(tài)制冷劑，再經(jīng)過節(jié)流閥降壓，形成低壓氣體，進入直膨器，循環(huán)往復。

（4）空氣循環(huán)：直膨空調(diào)系統(tǒng)通過空氣循環(huán)將冷卻后的空氣送入機房，形成冷氣流，降低機房溫度。冷氣流經(jīng)過機房內(nèi)的設備，將機房內(nèi)熱量帶走，保證設備的正常運行環(huán)境。

圖2、圖3是直膨空調(diào)的某廠家實物圖。其中包括冷凝風機、帶自然冷源冷凝器、儲液器、中間換熱器、壓縮機、制冷劑泵等。

圖2 直膨空調(diào)系統(tǒng)外機圖

圖3 直膨空調(diào)系統(tǒng)結構

2.2 直膨空調(diào)系統(tǒng)的特點

直膨空調(diào)系統(tǒng)是一種適用于大空間的空調(diào)系統(tǒng)，具有高效節(jié)能、穩(wěn)定性高、維護成本低、空間利用率高和環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢。

（1）高效節(jié)能：相比傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)，直膨空調(diào)系統(tǒng)的運行效率更高，能夠有效降低機房的能耗和運行成本，節(jié)約企業(yè)的能源支出。

（2）穩(wěn)定性高：直膨空調(diào)系統(tǒng)的結構簡單、運行穩(wěn)定，冷卻效果均勻，能夠保證機房內(nèi)各個區(qū)域的溫度穩(wěn)定，從而提高機房的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（3）維護成本低：直膨空調(diào)系統(tǒng)設計簡單，使用壽命長，維護成本相對較低，降低了企業(yè)的運行成本。

（4）空間利用率高：直膨空調(diào)系統(tǒng)不需要大量的空間存放空氣處理機和冷凝器等設備，因此能夠更好地利用機房的空間，提高空間利用率。

（5）環(huán)保節(jié)能：直膨空調(diào)系統(tǒng)采用綠色環(huán)保制冷劑，避免了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑對環(huán)境的污染，從而更加環(huán)保節(jié)能。

2.3 直膨空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢

直膨空調(diào)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)具有按需供冷、空氣循環(huán)技術、綠色環(huán)保制冷劑、自動控制系統(tǒng)和高效散熱設計等多種節(jié)能優(yōu)勢，能夠有效降低機房的能耗和運行成本，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

（1）按需供冷：直膨空調(diào)系統(tǒng)采用多個獨立膨脹器，可根據(jù)實際需要單獨控制每個膨脹器的制冷量，實現(xiàn)按需供冷。相比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)，直膨空調(diào)系統(tǒng)能夠更準確地控制機房溫度，避免了過度制冷和能源浪費的問題。

（2）空氣循環(huán)技術：直膨空調(diào)系統(tǒng)采用空氣循環(huán)技術，將冷卻后的空氣送入機房內(nèi)，形成冷氣流，降低機房溫度。通過空氣循環(huán)技術，可以使機房內(nèi)溫度均勻分布，避免了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的溫度不均勻的問題，從而進一步降低了能源消耗。

（3）綠色環(huán)保制冷劑：直膨空調(diào)系統(tǒng)采用綠色環(huán)保制冷劑，具有零污染、零排放、無毒無害等優(yōu)點，更加環(huán)保。

（4）自動控制系統(tǒng)：直膨空調(diào)系統(tǒng)配備智能自動控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)機房內(nèi)的溫度和濕度等參數(shù)自動調(diào)節(jié)制冷量和風速，實現(xiàn)精準的溫度控制。相比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)，直膨空調(diào)系統(tǒng)的智能自動控制系統(tǒng)可以更快地響應機房內(nèi)部環(huán)境變化，避免了能源浪費的情況。

（5）高效散熱設計：直膨空調(diào)系統(tǒng)具有高效的散熱設計，通過合理的風道設計和空氣流通方式，可以將機房內(nèi)的熱量快速散發(fā)，減少機房內(nèi)熱量的積聚，從而進一步降低了機房內(nèi)部的溫度，降低了能源消耗。

2.4 直膨空調(diào)系統(tǒng)在保障機房穩(wěn)定運行中的作用

直膨空調(diào)系統(tǒng)在保障機房穩(wěn)定運行中發(fā)揮著至關重要的作用，通過保持機房環(huán)境的穩(wěn)定，能夠降低設備故障率，提高設備使用壽命，提高機房整體穩(wěn)定性和可靠性。

（1）控制機房溫度：直膨空調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)機房溫度和濕度參數(shù)自動調(diào)節(jié)制冷量和風速，實現(xiàn)精準環(huán)境控制。這能夠幫助保持機房內(nèi)部溫度的穩(wěn)定，避免過熱或過冷的情況發(fā)生，從而保障機房內(nèi)設備的穩(wěn)定運行。

（2）降低設備故障率：機房內(nèi)的設備往往需要長時間不間斷地運行，容易導致設備散發(fā)的熱量積聚，從而造成設備故障或損壞。而直膨空調(diào)系統(tǒng)可以通過空氣循環(huán)技術將冷卻后的空氣送入機房內(nèi)，形成冷氣流，將設備散發(fā)的熱量帶走，降低設備故障率，保障機房設備的穩(wěn)定運行。

（3）提高設備使用壽命：機房內(nèi)的設備往往需要在高溫高濕的環(huán)境下長時間運行，容易導致設備的損壞和使用壽命的縮短。而直膨空調(diào)系統(tǒng)可以通過精準的溫度和濕度控制，保持機房環(huán)境穩(wěn)定，降低設備故障風險，從而提高設備的使用壽命。

（4）提高機房穩(wěn)定性：直膨空調(diào)系統(tǒng)具有高效節(jié)能、穩(wěn)定性高、維護成本低、空間利用率高和環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢，能夠提高機房的穩(wěn)定性，保障機房運行的連續(xù)性和可靠性。

3 直膨空調(diào)系統(tǒng)的配電系統(tǒng)設計

金融數(shù)據(jù)中心對電力供應有非常高的要求，其配電系統(tǒng)設計應滿足高可用、高穩(wěn)定、高安全的原則。

首先，金融數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)應采用備用電源配置，包括正常供電、UPS 供電、發(fā)電機供電等多個電源。正常供電作為主用電源，UPS 和發(fā)電機作為備用電源，當主用供電發(fā)生故障時可以快速切換備用電源繼續(xù)供電，保證數(shù)據(jù)中心不間斷運行。

其次，金融數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)應具有較大的供電容量和較強的備用續(xù)航能力。供電容量應根據(jù)數(shù)據(jù)中心關鍵設備的總功率來確定，同時考慮未來一定時期內(nèi)的數(shù)據(jù)中心負荷增長預期。發(fā)電機等備用電源的續(xù)航時間也應不小于數(shù)據(jù)中心完全關閉所需要的時間。

再次，金融數(shù)據(jù)中心的配電干線應采用環(huán)狀結構，不同電源入口采用不同的供電回路，避免單點故障。配電系統(tǒng)設置綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對供電狀態(tài)、功率指標等的實時監(jiān)測，出現(xiàn)異常立即報警。

最后，金融數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)還應具有一定的防雷防浪涌能力。重要配電節(jié)點應設置避雷裝置與電涌保護裝置，避免雷電對數(shù)據(jù)中心設備的損壞。供地線應采用隔離接地形式設置電涌過電壓保護器，分散電涌能量積聚對數(shù)據(jù)中心的影響。

總之，金融數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)設計應全面考慮到數(shù)據(jù)中心的高可靠性需求，采用備用電源配置、高容量和高續(xù)航、環(huán)狀架構與綜合監(jiān)控管理等方式確保配電系統(tǒng)的高穩(wěn)定性與安全性。這是保障金融數(shù)據(jù)中心持續(xù)安全運行的基礎。

直膨空調(diào)由于其精準的溫控能力和高能效的特點，被廣泛應用于對機房環(huán)境要求極高的金融數(shù)據(jù)中心。與常規(guī)空調(diào)相比，直膨空調(diào)可以實現(xiàn)0.5℃級別的精確溫控，大大減少機房內(nèi)的溫差和熱負荷，確保服務器等信息技術設備的穩(wěn)定運行。此外，直膨空調(diào)采用變頻技術可以根據(jù)機房的實時負荷實現(xiàn)30%-50%的節(jié)能，這對金融數(shù)據(jù)中心的運行成本控制意義重大。

直膨空調(diào)配電系統(tǒng)為直膨空調(diào)的穩(wěn)定運行提供電能保障，其總體框架應當包含配電干線、UPS 不間斷電源、發(fā)電機組等。考慮到金融數(shù)據(jù)中心對電力的高度依賴性，直膨空調(diào)配電系統(tǒng)還應裝配環(huán)網(wǎng)計量器用于功率監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)用于機房內(nèi)電力環(huán)境實時監(jiān)測，配電自動化系統(tǒng)用于實現(xiàn)故障檢測與處理。

4 實例分析

某證券大廈數(shù)據(jù)中心工程，將“設計領先、安全規(guī)范、可持續(xù)發(fā)展、綠色環(huán)保”作為建設目標，建成后將與財智中心和異地備份中心構成“兩地三中心”，形成“同城雙活+異地災備”架構，滿足未來十年高可用性和業(yè)務連續(xù)性需求。本數(shù)據(jù)中心機房用電需保持7*24 小時運行，特點是用電量大，可靠性要求高，電源品質(zhì)要求高。供配電系統(tǒng)是保證各類設備安全可靠運行的基礎，保障供電可靠性和靈活性。

本工程機房的主要功能為數(shù)據(jù)交換、生產(chǎn)的保障服務。機房內(nèi)數(shù)據(jù)生產(chǎn)交換設備及機房精密空調(diào)、消防設備、應急照明、機房區(qū)重要照明等均屬一級負荷，其余的動力、照明、空調(diào)風機屬二級負荷。對于一級負荷中的數(shù)據(jù)生產(chǎn)設備及機房精密空調(diào)風扇、消防設備等則屬于特別重要負荷。

在市電斷電情況下，從發(fā)電機應急電源正常啟動到投向負載供電需要一定的時間延時，或發(fā)電機應急電源短時間未正常啟動，為確保該期間機房溫度保持在正常溫度范圍，需要給備用機房精密空調(diào)提供電源。電源設置動力專用UPS，選用2臺400KVA UPS 并機設置，共設置4 臺。

對機房、變配電所、高壓配電室、UPS 機房及其電池室、控制中心、監(jiān)控室、走道及樓梯間等公共場所的應急照明，除采用二路電源自動雙切外，電源接入動力用UPS 系統(tǒng)及柴油發(fā)電機，以確保供電的可靠性。對特別重要負荷處，供電方式為兩路電源切換，包括兩路市電引入及UPS 電源。

本工程建設37 臺機房區(qū)房間級精密空調(diào)（顯冷量60kW，送風量15000m3/h），建設10 臺UPS 室房間級精密空調(diào)（顯冷量50kW，送風量12500m3/h），建設多臺輔助機房變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，其中單臺精密空調(diào)電功率37.9kW。本工程采用一路市電加一路UPS 的高可靠性的供電方式。

本工程機房內(nèi)均采用風冷直膨型空調(diào)機組，且為保證機房整體節(jié)能效果均需采用變頻技術。UPS 配電間采用2 臺風冷直膨空調(diào)機組，上送風，下回風，室外機放在屋面。ECC后臺設備間采用1 臺2HP 風冷直膨空調(diào)機組。新風機組采用水環(huán)熱泵新風冷直膨式新風機組，新風自帶冷熱源，新風機配置變頻壓縮機和變頻風機，具有進風段、粗效、中效、亞高效過濾段，氣相化學過濾段（過濾目標為顆粒物、硫化物、氮化物、氯化物等酸性及鹽類腐蝕性氣體）以及加熱段、表冷段、濕膜加濕段、壓縮機段、風機段等。

直膨風冷空調(diào)、模塊化主機、高度集成，V型冷凝器外機（圖4），一對二的設置（圖5），冷媒管超過40 米增加延長組件，空調(diào)外機基礎鋼構架高，增加底部進風率，外機設置智能水噴霧裝置，防止夏季高溫報警。

圖5 一對二設置

實踐證明，直膨空調(diào)系統(tǒng)是金融數(shù)據(jù)中心的典型應用場景之一。直膨空調(diào)系統(tǒng)可以提供高效的冷卻，確保數(shù)據(jù)中心中的服務器運行在安全的溫度范圍內(nèi)。它能夠有效地降低能耗，減少運營成本，并提高整體效率。但直膨空調(diào)系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)中心往往需要在各個區(qū)域保持恒定的溫度和濕度，而直膨空調(diào)系統(tǒng)可能需要更多的技術和設備來實現(xiàn)這一點。此外，直膨空調(diào)系統(tǒng)的維護和運行成本可能較高，需要專業(yè)的技術支持和定期維護。

5 結束語

隨著信息化技術的發(fā)展和應用，金融數(shù)據(jù)中心機房的規(guī)模和需求不斷增加，對機房溫度控制和配電系統(tǒng)的要求也越來越高。而直膨空調(diào)配電系統(tǒng)作為一種高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠的空調(diào)和配電方案，具有廣闊的應用前景，特別適合應用于金融數(shù)據(jù)中心機房。

未來直膨空調(diào)配電系統(tǒng)的研究方向和重點主要包括高效節(jié)能技術、智能化技術、多元化的應用場景和安全保障技術等方面，將為機房溫度控制和配電系統(tǒng)的發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)的技術支持和服務。