數(shù)據(jù)中心工程暖通系統(tǒng)的節(jié)能措施

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本文主要從節(jié)能的角度出發(fā)，重點闡述可行的節(jié)能措施，針對具體工程，可根據(jù)實際情況選取合理的節(jié)能措施形成一個完整的、有針對性的空調(diào)系統(tǒng)。

充分利用室外氣候條件

由于數(shù)據(jù)中心的運行時間為全年不間斷運行，所以要求空調(diào)系統(tǒng)全年運行，但是在北方地區(qū)，過渡季及冬季室外空氣可以作為天然冷源加以利用，從而極大地降低機械制冷系統(tǒng)的運行時間及費用?？衫玫牟糠肿匀焕鋮s和完全自然冷卻的時間越長，全年平均的PUE值就越低，意味著越節(jié)能。對于采用冷卻塔供冷的系統(tǒng)來說，當室外濕球溫度降低到某一值時，使得冷卻水供水溫度低于冷凍水回水溫度2℃時，便開始啟動部分自然冷卻模式，冷凍水回水經(jīng)板換另一側(cè)的冷卻水冷卻降溫后再進入制冷機組，相當于降低了冷機的負載率，從而降低了冷機的壓縮機功率，達到節(jié)能的目的；當室外濕球溫度持續(xù)降低，使得冷凍水回水經(jīng)板換另一側(cè)的冷卻水冷卻降溫后溫度達到設計供水溫度，此時，進入完全自然冷卻模式，停止冷機，完全由冷卻塔承擔所有負荷。對于采用換熱機組等風側(cè)自然冷卻的系統(tǒng)來說，我們主要利用室外干球溫度，當室外干球溫度低于室內(nèi)設計送風溫度2℃時，便可以啟動風側(cè)自然冷卻的功能，而對于一些干熱地區(qū)(西北地區(qū)氣候條件)，可通過在室外空氣進入換熱機組前加噴淋裝置，使得室外空氣的換熱溫度盡可能的接近濕球溫度，從而延長自然冷卻的時間。

設備的變頻

(1)制冷空調(diào)系統(tǒng)中，耗電最大的設備應該是制冷機組，采用變頻冷機不僅可以在部分負荷時降低壓縮機功率，而且隨著室外濕球溫度的降低，進入制冷機組的冷卻水溫度降低，可大大提高冷機的COP值，另外，在數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)中冷機的啟動時間直接影響蓄冷罐的選型，而冷機變頻可大大縮減啟動時間，從而減小蓄冷罐的配備容量；(2)水泵建議設置為變頻泵，其頻率由末端最不利環(huán)路的壓差控制，當末端負荷減小時，水泵頻率相應減小，從而節(jié)省水泵耗電；(3)末端空調(diào)的風機設置為EC風機，風機頻率根據(jù)架空地板內(nèi)靜壓或回風溫度控制，從而節(jié)省大量風機耗電；(4)冷卻塔風機采用變頻風機，風機頻率根據(jù)室外濕球溫度控制，從而節(jié)省大量風機耗電。

合理的氣流組織

數(shù)據(jù)中心主機房的氣流組織設計尤為關(guān)鍵，其目的是防止冷熱風的混合，對于單機柜熱密度在5kW以下的情況，可考慮按照冷熱通道的設計原則；對于單機柜熱密度在5kW以上的情況，可考慮按照封閉冷熱通道的設計原則，對于究竟是封閉冷通道還是封閉熱通道，目前國內(nèi)封閉冷通道的占多數(shù)，但是隨著室內(nèi)設計送風溫度不斷的提高，建議封閉熱通道，一方面考慮人所處的環(huán)境舒適性，另一方面封閉熱通道可以降低由機柜自身而造成的漏風率。而對于傳統(tǒng)的架空地板送風模式，由于開孔地板有一定的阻力損失，需要風機更大的壓頭，從而增大風機的功耗，且對于高密度機柜來說，架空地板的承重受到限制，所以建議取消架空地板，采用側(cè)送風的方式與封閉熱通道配合使用，可最大程度的優(yōu)化氣流組織。

合理的送風溫濕度參數(shù)

數(shù)據(jù)中心的主機房送風溫濕度參數(shù)主要與IT設備對環(huán)境的要求有關(guān)，我國數(shù)據(jù)中心的設計規(guī)范GB50174《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》[1]對主機房的溫濕度要求見表1。但并未明確具體指哪里的溫度，對于冷熱通道封閉的情況，則不適用，此時，我們可參照美國ASHRAE標準[2]，其規(guī)定IT機房內(nèi)的送風溫度范圍18～27℃，露點溫度范圍5.5～15℃，在確定送風溫濕度時，在推薦范圍內(nèi)，可盡可能地提高溫度，從而可相應地提高冷凍水供水溫度，不僅可以大幅提高冷機的COP值，還可以提高自然冷卻的室外溫度設定點，延長自然冷卻的時間，達到節(jié)能的目的。而濕度的設置由于冷熱通道的相對濕度不同，所以，可通過露點溫度控制，一般可設定露點溫度在11.5℃左右。

最優(yōu)化新風處理

數(shù)據(jù)中心主機房由于對環(huán)境的潔凈度有一定的要求，所以主機房一般保持5～10Pa的正壓，折換成新風的換氣次數(shù)約1次/h，對于新風的處理，夏季比較簡單，為簡單的除濕過程；但在冬季，由于室外空氣的干球溫度均低于室內(nèi)設定的露點溫度，且含濕量低于室內(nèi)空氣的含濕量，所以冬季室外空氣的處理過程為加熱加濕，對于加熱，目前的設計現(xiàn)狀為熱水加熱主用，電加熱備用，這顯然造成了不合理的能源利用。對于新風的加熱，可考慮采用換熱機組，新風機房近IT機房旁邊，利用IT機房內(nèi)的回風加熱新風，不僅可大大降低新風加熱的耗熱量，還可以減小末端空調(diào)的負荷，從而減小末端空調(diào)的風機功耗；對于加濕，一般采用等溫加濕(電熱式或電極式)和等焓加濕(濕膜加濕)，電熱或電極式加濕雖然控制精度高，但耗電量大，對于一些沒有專用空調(diào)機房的情況可以采用，但假如IT機房面積較大，新風加濕量大，且有專門的空調(diào)機房，建議在回風處設置濕膜加濕器，以大幅度節(jié)約電能(見圖1)。

BMS(BuildingManagementSystem)系統(tǒng)的應用

對于數(shù)據(jù)中心工程的暖通系統(tǒng)來講，為全年不間斷運行，且中間存在機械制冷與自然冷卻的切換、冷機的加載與減載等，這些依靠運營人員進行操作是不現(xiàn)實的，一套完整的自動控制系統(tǒng)不僅可以減少運維人員的操作量，而且可以根據(jù)控制條件進行精確的模式切換、加減載，使節(jié)能達到最大化。

暖通設備的總裝機容量

盡管暖通設備的總裝機容量與暖通設備的節(jié)能并無關(guān)系，但卻會影響電氣設備的配置情況，例如可能會增大變壓器、UPS的容量，增大通過電纜的電流，而這些變化均會造成電氣設備的損耗增加，同時增加了空調(diào)需要承擔的負荷，所以，對于暖通設備的選型，應盡可能地按照詳細的負荷計算進行，使得設備選型準確，不應隨意增大安全系數(shù)。

水冷背板和干冷盤管

水冷背板和干冷盤管的共同點是冷凍水直接進入IT設備后部或上部的冷卻盤管，相當于省去了末端空調(diào)的風機，這對于整個系統(tǒng)的PUE影響甚大，節(jié)能效果非常明顯。在國外，一些著名的IT公司自營的數(shù)據(jù)機房有相當一部分采用了這些技術(shù)。但是，目前國內(nèi)運營商多數(shù)不能接受水管進入IT機房內(nèi)，所以此項技術(shù)在中國并沒有大面積推廣，相信隨著人們認識的改變，技術(shù)的不斷成熟，運行費用的顯著差異，這些技術(shù)會逐漸在中國推廣開來。

結(jié)語

以上主要從節(jié)能的角度對數(shù)據(jù)中心工程中暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能點進行了一些分析與總結(jié)，每一種節(jié)能措施有其對應的應用條件，針對具體的設計項目，我們可以從不同的角度分析其特點，靈活應用各種節(jié)能技術(shù)，包括技術(shù)的分拆、組合，最終制定一個適合于特定項目的最佳方案。作為IT設備的基礎設施，必須適應IT技術(shù)的更新，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信我們的空調(diào)制冷系統(tǒng)還會有巨大的變化，作為一個數(shù)據(jù)中心的暖通空調(diào)設計人員，應該實時了解IT設備的更新情況，從而調(diào)整我們的設計思路，使得空調(diào)系統(tǒng)更具有針對性、先進性。（本文作者：陳波 單位：天津喜邦建筑工程設計有限公司）