王 韜

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江西某云數(shù)據(jù)中心暖通空調(diào)設(shè)計及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

王 韜

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司 南京 210000）

數(shù)據(jù)中心能耗巨大，空調(diào)系統(tǒng)能耗是數(shù)據(jù)中心能耗的主要組成部分，降低空調(diào)能耗對降低數(shù)據(jù)中心能耗至關(guān)重要。以節(jié)能為核心，根據(jù)江西某云數(shù)據(jù)中心暖通空調(diào)設(shè)計中空調(diào)冷熱源、水系統(tǒng)及空調(diào)末端方式與氣流組織等特點，總結(jié)了工程中所運用的暖通空調(diào)相關(guān)節(jié)能技術(shù)措施。

暖通空調(diào)；節(jié)能；設(shè)計

0 工程概況

本文所研究的云數(shù)據(jù)中心項目位于江西省上饒市高鐵新區(qū)，建筑總面積25500m2，其中地上建筑面積23689m2、地下建筑面積1811m2。機房主體四層，局部地下一層。本建筑為單棟建筑，具體劃分為兩部分功能區(qū)，包括機房功能區(qū)約11800m2（西北側(cè)）和辦公配套區(qū)約11800m2（東南側(cè)）。地下一層為空調(diào)冷凍機房、水泵房、消防水池、空調(diào)蓄水池。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 冷熱源

空調(diào)系統(tǒng)夏季設(shè)計總冷負(fù)荷約為12250kW，其中機房區(qū)冷負(fù)荷約為11000kW，辦公配套區(qū)約1250kW；冬季機房區(qū)無熱負(fù)荷，辦公配套區(qū)設(shè)計總熱負(fù)荷約為850kW。機房樓有著高負(fù)荷、需全年供冷的特點，對空調(diào)系統(tǒng)運行安全性、可靠性和適用性要求較高。本工程機房區(qū)冷源采用4臺高效離心機組，其中2臺1600RT高壓離心式冷水機組，2臺800RT磁懸浮離心（初期機架低負(fù)荷時開啟一用一備，后期機架滿負(fù)荷時全部作為備用機組）；辦公配套區(qū)制冷采用1臺400RT螺桿式水源熱泵機組，制熱利用該螺桿式水源熱泵機組免費供暖。

為充分利用冬季以及過渡季節(jié)室外冷源，配置4套節(jié)能水-水板式換熱器。當(dāng)室外濕球溫度低于8.5℃時，冷水機組將停止工作，完全利用自然冷源，由水-水板式換熱器替代其進行制冷，熱量通過冷卻塔散出；當(dāng)室外濕球溫度高于8.5℃、低于13.5℃時，冷水機組工作，部分利用自然冷源，由水-水板式換熱器對冷凍水進行預(yù)冷，熱量通過冷卻塔散出。

為滿足數(shù)據(jù)中心特殊需求，保障市政停電15分鐘的冷負(fù)荷，在地下一層設(shè)置總?cè)莘e約480m3閉式水蓄冷罐。

依據(jù)機房顯熱大潛熱小的熱濕特性，機房區(qū)制冷機組冷凍水供回水溫度提高至13～18℃，進一步提高主機效率；辦公配套區(qū)制冷機組冷凍水供回水溫度為7℃/12℃，冷卻水的供回水溫度均為 32℃/37℃。免費制冷板換的一次側(cè)供回水溫度 11℃/16℃，板換二次側(cè)的供回水溫度為13℃/18℃。冬季螺桿式水源熱泵機組利用數(shù)據(jù)機房全年供冷的特點，免費提供60℃/53℃的熱水。

1.2 冷熱水系統(tǒng)

考慮到機房的安全性要求，機房區(qū)管路采用兩套管路系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的冷凍水系統(tǒng)均采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，由立管和水平管組成。冷凍水分、集水器間設(shè)置壓差旁通裝置以保證只有1臺冷凍水泵在最低負(fù)荷運行時供回水管路壓力平衡。為離心式冷水機組設(shè)置4臺變頻冷凍水泵；免費制冷板式換熱器和離心式冷水機組共用冷凍水泵；辦公配套區(qū)采用獨立單管路系統(tǒng)，冷凍水供回水管不進分集水器，為獨立豎向管路，每層支管加靜態(tài)平衡閥，為螺桿式冷水機組設(shè)置2臺變頻冷凍水泵1用1備，1臺熱水循環(huán)泵與1臺冷卻水循環(huán)泵互為備用。

1.3 冷卻水系統(tǒng)

為機房區(qū)離心式冷水機組配置4臺變頻冷卻水泵，免費制冷板式換熱器和離心式冷水機組共有冷卻水泵；為辦公配套區(qū)螺桿式冷水機組配置1臺定頻冷卻水泵。塔樓屋面層設(shè)置2臺1400m3/h的開式橫流冷卻塔，2臺700m3/h的開式橫流冷卻塔，1臺400m3/h的開式橫流冷卻塔，各冷卻塔風(fēng)扇設(shè)置變頻器，且均帶有防凍電加熱器，屋頂室外冷卻水供回水管包裹電熱拌線，以保證全年正常使用。為滿足數(shù)據(jù)中心特殊需求保障，市政停水12小時的補水量，在室外地下設(shè)冷卻塔應(yīng)急補水池約500m3。

圖1 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

1.4 空調(diào)末端方式與氣流組織

1.4.1 4kW低功耗機架機房

鑒于數(shù)據(jù)機房負(fù)荷大的特點，對4kW低功耗機架數(shù)據(jù)機房采用冷通道封閉并進行數(shù)值分析，優(yōu)化最佳的送風(fēng)方式。對模擬結(jié)果分析，在封閉冷通道工況下，室內(nèi)環(huán)境溫度20-25℃，不會出現(xiàn)局部過熱問題，因此本工程的氣流組織為采用封閉冷通道地板下送風(fēng)，冷熱通道隔離，機柜面對面擺放。

圖2 數(shù)據(jù)機房模型

圖3 封閉冷通道溫度分布

1.4.2 7kW高功耗機架機房

對于7kW高功耗機架機房，由于單機架發(fā)熱量大，因此制冷單元直接安裝在IT機柜上。與房間級或行級制冷架構(gòu)相比，熱管背板直接吸收機柜排熱，大幅提高制冷效率且其制冷氣流路徑更短可降低風(fēng)機功耗。

圖4 熱管背板原理圖

1.4.3 辦公配套用房

由于辦公配套用房最大面積均小于300m2，因此均采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)方式。辦公區(qū)采用上送上回式風(fēng)機盤管，員工公寓采用側(cè)送上回式風(fēng)機盤管。

2 結(jié)語

在數(shù)據(jù)中心里空調(diào)系統(tǒng)能耗約占總能耗的35～45%，因而，空調(diào)系統(tǒng)是否節(jié)能對于建設(shè)節(jié)約型數(shù)據(jù)中心意義重大。為體現(xiàn)節(jié)能的理念，本工程設(shè)計中采用了包括：制冷站全變頻自動控制運行；采用CFD流體計算軟件模擬數(shù)據(jù)機房熱環(huán)境，為末端形式的選擇提供依據(jù)；數(shù)據(jù)機房利用冷卻塔免費制冷或預(yù)冷；采用封閉冷通道地板下送風(fēng)這種節(jié)能型氣流組織；采用熱管背板這種節(jié)能型末端；辦公配套用房采用水源熱泵熱回收冬季免費供暖等節(jié)能技術(shù)。

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HVAC Design of a Cloud Data Center in Jiangxi and Application of Energy-saving Technology

Wang Tao

( Jiangsu Posts&Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd, Nanjing, 210000 )

Data center has a huge energy consumption, HVAC systems take up a considerable portion of the total energy consumed by a data center, so reducing energy consumption of HVAC systems is very important to reduce energy consumption of data center. Taking energy saving as the core, according to the characteristics of cold and heat sources, water system and air conditioning terminal mode and airflow organization in a cloud data center of Jiangxi, this paper summarizes the HVAC related energy saving technical measures used in the project.

heating ventilation and air conditioning; energy conservation; design

TU831

A

1671-6612（2018）02-207-03

王 韜（1984-），男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事暖通設(shè)計工作，E-mail：woowkaka@qq.com

2017-11-16