朱家楨

(東莞市依仕實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東東莞 523000)

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展迅猛，人類社會對它的需求和依賴與日俱增，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)正步入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。過去由于這類大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目稀少，人們對節(jié)能減排的意識不強(qiáng)，導(dǎo)致現(xiàn)在許多地區(qū)對該項(xiàng)目都是第一次接觸，因此無論是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工還是監(jiān)理工作，都存在著不同程度的認(rèn)識不夠、技術(shù)欠缺、經(jīng)驗(yàn)不足和能力欠佳等問題。筆者有幸在近兩年接連參與了幾項(xiàng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)方案討論、施工過程監(jiān)督和運(yùn)行調(diào)試檢測工作，針對數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題，在此提出一點(diǎn)粗淺的觀點(diǎn)和看法，僅供業(yè)內(nèi)人士參考。

數(shù)據(jù)中心的最大特點(diǎn)就是其一旦投入使用，就必須保證它的運(yùn)行是連續(xù)不間斷的，因此對于影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的所有設(shè)備、管道乃至冷媒(采用蓄冷罐蓄冷)都應(yīng)按等級留有相應(yīng)的備份;數(shù)據(jù)中心耗電量高，空調(diào)冷負(fù)荷大，且以數(shù)據(jù)中心設(shè)備發(fā)熱量為主，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷僅占極小部分，即使在寒冷的冬季也需為其供冷。上述特點(diǎn)決定了數(shù)據(jù)中心空調(diào)專業(yè)的節(jié)能空間很大(采用冷水機(jī)組系統(tǒng)制冷時(shí)空調(diào)耗電量約占整個(gè)中心用電量的25%以上)，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本的高低。當(dāng)前在建和近兩年剛剛投入使用的數(shù)據(jù)中心，其空調(diào)節(jié)能主要是采用較大的供回水溫差(一般為6℃)，主系統(tǒng)為中溫水(供水溫度一般為10℃ ～15℃)的雙冷源加冬季板式換熱器節(jié)能系統(tǒng)，并輔以二次泵變頻流量控制的節(jié)能方案。筆者所述方案主要是冬季(含初春、深秋)采用室外空氣直接為機(jī)房設(shè)備降溫(簡稱新風(fēng)直冷)，進(jìn)而取代板式換熱器節(jié)能系統(tǒng)(簡稱板換降溫)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

隨著科技水平和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，近年來數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷熱通道的溫度要求也在逐步升高，由原來的16℃/26℃提高到了23℃/33℃甚至更高，這就給我們冬季采用室外自然空氣直接為機(jī)房設(shè)備降溫帶來更大的空間。本文就以冷熱通道要求23℃/33℃為例來進(jìn)行下一步探討，理論上只要室外空氣溫度降低到了23℃以下，即可采用室外空氣直接為其降溫。在我國大部分地區(qū)全年有50%以上的時(shí)間氣溫都在23℃以下，即便是廣東、福建南部等夏熱冬暖地區(qū)全年也有30%以上的時(shí)間在23℃以下。當(dāng)然，為確保室內(nèi)環(huán)境的潔凈度，必須做好新風(fēng)系統(tǒng)的防塵凈化措施，同時(shí)配備相應(yīng)的除濕、加濕設(shè)施，以便在濕冷或干冷的氣候條件下保證設(shè)備環(huán)境相對濕度要求。

新風(fēng)直冷系統(tǒng)在實(shí)際操作中可將室外氣溫23℃這一界限略作調(diào)整，如22℃～18℃。這不僅與系統(tǒng)配置的新風(fēng)設(shè)備大小有關(guān)，還與當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐氖彝饪諝鉂穸群蜐崈舫潭扔嘘P(guān)。如果空氣濕度過大或者過小，應(yīng)適當(dāng)降低界限溫度，減少新風(fēng)量，加大回風(fēng)量。以免為確保室內(nèi)濕度而過分增大系統(tǒng)的除濕量和加濕量。如果當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐氖彝饪諝鉂崈舳容^差(霧霾、風(fēng)沙等天氣)，也應(yīng)降低界限溫度，減少新風(fēng)量以減輕濾塵設(shè)施的壓力。當(dāng)然偶遇極其惡劣的天氣，可暫停使用新風(fēng)直冷系統(tǒng)，改由冷水機(jī)組供冷。新風(fēng)直冷系統(tǒng)的冷通道溫度可根據(jù)室外溫度的變化通過調(diào)節(jié)新回風(fēng)比例來進(jìn)行控制。

下面就以某T3級數(shù)據(jù)中心為例，對上述兩種空調(diào)節(jié)能方案在滿負(fù)荷節(jié)能系統(tǒng)全力運(yùn)行時(shí)的投資與運(yùn)行狀況做一概要分析對比:

1)水泵運(yùn)行參數(shù)對比表見表1。

表1 水泵運(yùn)行參數(shù)對比表

2)冷卻塔運(yùn)行參數(shù)表見表2。

表2 冷卻塔運(yùn)行參數(shù)表

3)機(jī)房正壓新風(fēng)空調(diào)柜運(yùn)行參數(shù)表見表3。

表3 機(jī)房正壓新風(fēng)空調(diào)柜運(yùn)行參數(shù)

4)板式換熱器參數(shù)及總價(jià)匯總表見表4。

表4 板式換熱器參數(shù)及總價(jià)匯總表

5)空調(diào)末端設(shè)備及新風(fēng)直冷需增加的通風(fēng)設(shè)備(估算)。

按冷量3 000 kW/臺×4臺=12 000 kW總負(fù)荷，單臺冷量150 kW/臺來折算空調(diào)末端設(shè)備臺數(shù):共計(jì)12 000/150=80臺，每臺風(fēng)量按30 000 m3/h，據(jù)此新風(fēng)直冷系統(tǒng)需增設(shè)通風(fēng)柜概算見表5。

表5 新增通風(fēng)柜概算表

6)新增通風(fēng)管系統(tǒng)，通風(fēng)柜配套電氣設(shè)備管線造價(jià)(估算)。

新增通風(fēng)管系統(tǒng)造價(jià):約140萬元。

新增通風(fēng)柜配套電氣設(shè)備管線造價(jià):約50萬元。

7)板式換熱器連接水管及閥門管件造價(jià):約80萬元。

綜合上述情況分析對比如下:

a.節(jié)能角度對比:板換降溫系統(tǒng)運(yùn)行功率需628+176+22=826 kW。而新風(fēng)直冷系統(tǒng)的運(yùn)行功率為440 kW。其余設(shè)備耗電量二者相同，二者相差826－440=386 kW，顯然后者較前者更為節(jié)能。

b.運(yùn)行費(fèi)用比較:板換降溫較新風(fēng)直冷系統(tǒng)每月多用電費(fèi)(按1.0 元/度計(jì)算)，386 kW ×24 h/d ×30 d×1.0 元/度 =277 920元≈27.8萬元，但后者較前者每月多用過濾器清潔更換費(fèi)用約8萬元(估算)，因此前者較后者每月多用運(yùn)行費(fèi)用為:27.8 －8=19.8萬元。

c.初期投資比較:板換降溫系統(tǒng)約需投資100+80=180萬元，新風(fēng)直冷系統(tǒng)約需投資:140+110+50=300萬元。即后者較前者多投資300－180=120萬元。

基于以上三個(gè)方面的分析對比，新風(fēng)直冷系統(tǒng)在初期投資上雖然較板換降溫系統(tǒng)多120萬元，但因?yàn)樵谶\(yùn)行費(fèi)用方面新風(fēng)直冷較板換降溫系統(tǒng)每月少用約19.8萬元，故在系統(tǒng)投入冬季節(jié)能運(yùn)行6個(gè)月(120萬元/19.8萬元/月≈6月)后即可將后者多投資的120萬元收回(當(dāng)然實(shí)際運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)不可能始終處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，因此實(shí)際的資金回收期應(yīng)更長一些)，所以新風(fēng)直冷是一個(gè)非常值得投資的節(jié)能方案。

由于板換降溫需利用室外空氣經(jīng)冷卻塔使冷卻水冷卻，冷卻水再經(jīng)板式換熱器傳遞至冷凍水，再由冷凍水經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備交換成所需的冷風(fēng)送入室內(nèi)。這樣一個(gè)復(fù)雜的過程需經(jīng)三次冷熱交換，三次冷熱輸送才能完成，不僅運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備多而且輸送距離長，勢必降低了室外空氣降溫的熱效率。而新風(fēng)直冷則無需如此復(fù)雜的冷熱交換和輸送過程，僅用一次輸送即可將室外空氣直接送入室內(nèi)降溫，提高了室外空氣利用率。當(dāng)冷通道要求溫度為23℃時(shí)，板換降溫方案通常要求室外氣溫應(yīng)在18℃以下(當(dāng)然空氣的濕度也會對其產(chǎn)生影響)方可進(jìn)行節(jié)能方式運(yùn)行，而新風(fēng)直冷方案只需要室外氣溫達(dá)到22℃以下即可運(yùn)行，因此大大縮短了冷水機(jī)組電制冷的年運(yùn)行時(shí)間，從而進(jìn)一步縮短了新風(fēng)直冷系統(tǒng)投資回收期(新風(fēng)直冷較電制冷日節(jié)電約6萬度)。不僅如此，它還具備了其他進(jìn)一步節(jié)能運(yùn)行的特點(diǎn):

1)即使室外氣溫高于冷通道溫度規(guī)定的23℃，只要略低于熱通道溫度(如28℃以下)，且室外空氣質(zhì)量較好(濕度適中，潔凈度較高)就可以采用大量新風(fēng)替代回風(fēng)，經(jīng)降溫處理后送入室內(nèi)，以減少冷水機(jī)組所需制冷量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2)在冬季采暖季節(jié)可將熱通道33℃的熱空氣用于辦公、走廊等其他房間的采暖，達(dá)到余熱利用的目的。

3)因?yàn)樾嘛L(fēng)直冷系統(tǒng)在冬季運(yùn)行中的介質(zhì)是空氣而不是水，整個(gè)運(yùn)行過程均為干過程，所以即便室外氣溫在0℃以下，也無需像板換降溫系統(tǒng)那樣必須對室外露天的冷卻塔、冷卻水管道采取電加熱和電伴熱等措施來進(jìn)行防凍。既節(jié)省了這部分的初期投資，也減少了系統(tǒng)的用電量。

綜上所述，筆者認(rèn)為新風(fēng)直冷的節(jié)能方案較板換降溫節(jié)能方案可能更具有推廣性，適用于全國大部分地區(qū)。所不同的是，隨著各地區(qū)氣候環(huán)境的不同，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作不同的細(xì)化處理，且投資回收時(shí)間也有所不同，其新風(fēng)比的大小與節(jié)能運(yùn)行界限點(diǎn)也不同，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)各地區(qū)氣候環(huán)境特點(diǎn)的變化而變化。由于該方案在冬季節(jié)能運(yùn)行時(shí)需從室外引入大量的新風(fēng)進(jìn)行降溫，并需要將大量的余熱排出室外，因此數(shù)據(jù)中心在選址以及內(nèi)部工藝布局設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視，做好這兩項(xiàng)工作將使新風(fēng)直冷節(jié)能方案發(fā)揮出更大的經(jīng)濟(jì)效益。