中國中元國際工程有限公司 劉 星 徐 偉

0 引言

在信息化時代，作為核心的數(shù)據(jù)中心，有著舉足輕重的地位。數(shù)據(jù)機房內(nèi)部一旦灰塵過多，可能導致靜電放電問題而損壞元器件，造成不可估量的損失。為了解決這個問題，需要對機房內(nèi)部補充新風，維持機房內(nèi)與機房外走廊的正壓差，保持空氣的潔凈度，從而控制空氣中的含塵量。

數(shù)據(jù)中心對室內(nèi)環(huán)境溫度有明確的要求，因此在引入室外新風之前需進行預冷、預熱，從而不增加室內(nèi)精密空調(diào)的冷熱負荷。本文主要分析數(shù)據(jù)機房新風送入的通道、季節(jié)不同對新風送風狀態(tài)點要求的影響。

1 數(shù)據(jù)機房新風量的確定

數(shù)據(jù)中心新風主要為了提高數(shù)據(jù)中心室內(nèi)空氣質(zhì)量，保證機房微正壓，以及保證工作人員正常工作需求(≥40 m3/(人·h))。新風量建議取“維持數(shù)據(jù)中心所需正壓值”和“≥40 m3/(人·h)”2種標準計算的較大值。維持機房正壓(主機房對走廊或其他房間的正壓≥5 Pa)所需的新風量，即要求通過門窗等縫隙的出風速度≥2.8 m/s。

由于維持機房正壓所需新風量難以計算，根據(jù)經(jīng)驗及參照潔凈室的設計，可按換氣次數(shù)1～2 h-1計算。若機房四周圍護結(jié)構(gòu)的密封性較好，可采用換氣次數(shù)≥1 h-1來計算新風量；若密封性較差，可適當提高換氣次數(shù)并采取密封措施。最有效且節(jié)能的辦法是對四周圍護結(jié)構(gòu)采取密封措施，應特別注意活動地板下和吊頂內(nèi)的密封，所有穿過機房圍護結(jié)構(gòu)的管線敷設后均應將孔洞封堵嚴密，防止漏風。

數(shù)據(jù)中心新風量的選取應適宜，新風量過小不能滿足機房溫濕度和潔凈度的要求，新風量過大將會給空調(diào)系統(tǒng)增加較大的負擔。

2 數(shù)據(jù)中心機房新風送風狀態(tài)點分析

2.1 數(shù)據(jù)中心機房冷、熱通道環(huán)境分析

數(shù)據(jù)中心新風送風狀態(tài)點的選取，首先應明確新風送入冷通道還是熱通道，因為數(shù)據(jù)中心內(nèi)冷通道和熱通道的環(huán)境狀態(tài)區(qū)別很大，對新風狀態(tài)點的要求也不同。GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》對機房內(nèi)環(huán)境有明確的要求，見表1。

由表1可以看出，規(guī)范對數(shù)據(jù)中心室內(nèi)的露點溫度和相對濕度是有明確要求的，同時數(shù)據(jù)中心內(nèi)絕對不能發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。如數(shù)據(jù)中心采用冷通道封閉的方式，假設冷通道內(nèi)設計干球溫度取22 ℃，冷空氣經(jīng)過機柜后升溫至32 ℃，即為熱通道干球溫度，根據(jù)表1要求冷通道露點溫度不高于15 ℃，同時由于空氣經(jīng)過機柜升溫的過程為等濕升溫，熱通道理論上露點溫度和冷通道相同。

2.2 夏季新風送入冷通道送風狀態(tài)點分析

結(jié)合上述分析，冷通道干球溫度22 ℃、相對濕度60%，查焓濕圖可知，此時露點溫度為13.7 ℃，接近規(guī)范要求的15 ℃，比焓為47.9 kJ/kg(見表2)。為了保證新風送入室內(nèi)不結(jié)露，則需要新風送風溫度高于室內(nèi)露點溫度。

表2 露點溫度接近15 ℃時冷熱通道空氣狀態(tài)參數(shù)

考慮機房新風只承擔新風本身負荷，新風送風狀態(tài)點為室內(nèi)狀態(tài)點等焓線與90%相對濕度線的交點。查焓濕圖可知，新風送風狀態(tài)點干球溫度為18 ℃、相對濕度為90%。

對于機柜數(shù)量少、封閉冷通道數(shù)量有限，有條件將新風直接送入封閉冷通道的項目，封閉起來的冷通道容積相對較小，雖然新風量不大，但如果新風送入冷通道溫度較低，也可起到輔助機房降溫、增加冷通道冷池的作用。因此確定新風送風狀態(tài)點干球溫度為15 ℃、相對濕度為90%，使新風送風溫度在滿足室內(nèi)不結(jié)露的前提下盡可能低。以北京夏季為例，經(jīng)計算，1 000 m3/h新風量新風負荷為12.0 kW。對于封閉熱通道，新風送入房間冷池的項目，可適當提高新風送風溫度至18 ℃(相對濕度為90%)。

建議新風送風溫度根據(jù)機房模塊具體情況選擇不低于15 ℃或18 ℃，同時為保證送入室內(nèi)的新風經(jīng)過表冷器后除濕，新風送風相對濕度應為90%。

2.3 冬季新風送入冷通道送風狀態(tài)點分析

由上述可知，冷通道設計干球溫度通常選取22 ℃，GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》中規(guī)定冷通道露點溫度不得低于5.5 ℃，相對濕度不得高于60%。根據(jù)冷通道干球溫度22 ℃、露點溫度5.5 ℃，查焓濕圖可知此時相對濕度為34.2%，比焓為36.6 kJ/kg。對于數(shù)據(jù)機房而言，室內(nèi)相對濕度過低，但為了節(jié)約能源，減少新風熱負荷，建議新風送風溫度不高于10 ℃，相對濕度為40%。表3給出了露點溫度接近5.5 ℃時冷熱通道空氣狀態(tài)參數(shù)。由表3可知，此時熱通道相對濕度低于30%，應開啟加濕功能。如果不開啟加濕功能，熱通道空氣狀態(tài)如表4所示，露點溫度為12.1 ℃，此時新風送風溫度需高于12.1 ℃。

表3 露點溫度接近5.5 ℃時冷熱通道空氣狀態(tài)參數(shù)

表4 熱通道相對濕度30%時空氣狀態(tài)參數(shù)

2.4 夏季新風送入熱通道送風狀態(tài)點分析

夏季熱通道環(huán)境溫度為32 ℃，露點溫度為15 ℃，比焓為58.2 kJ/kg(見表2)，考慮機房新風不承擔負荷，新風送風狀態(tài)點為室內(nèi)等焓線與相對濕度90%線的交點。查焓濕圖可知，新風送風狀態(tài)點為干球溫度21.2 ℃、相對濕度90%。

相對于封閉的冷通道而言，開放的熱通道容積較大，而機房維持微正壓的新風量較小，利用低溫新風和熱通道大量回風混合無法起到明顯的冷卻降溫效果。因此，夏季應最大限度提高新風送入熱通道的溫度以降低新風冷負荷，從而降低數(shù)據(jù)中心電能使用效率PUE。

以北京為例，夏季室外空氣干球溫度33.5 ℃、濕球溫度26.4 ℃，相對于熱通道設計溫度還需要對室外空氣進行減焓減濕處理才能送入熱通道內(nèi)。根據(jù)濕空氣焓濕圖可知，只有在熱濕比ε=-∞與ε=0之間的空氣狀態(tài)變化是減焓減濕過程[1-2]。針對北京地區(qū)夏季室外空氣狀態(tài)而言，對應區(qū)域見圖1，各狀態(tài)點參數(shù)見表5。

圖1 濕空氣焓濕圖

表5 圖1中各狀態(tài)點參數(shù)

室外新風通過表冷器進行減焓減濕處理過程中，先進行等濕冷卻后再進行減濕冷卻，通常送風狀態(tài)點相對濕度達到機器露點(即相對濕度90%)。但在夏季新風處理過程中，由于室外新風露點溫度為23.9 ℃，表冷器中冷水溫度普遍低于此溫度，因此新風通過表冷器必然經(jīng)過減濕減焓的空氣處理過程。由此可知，此時室外新風極限送風狀態(tài)點為圖1中的等濕點，即干球溫度25.8 ℃、相對濕度90%。

綜上所述，建議夏季新風送入熱通道的送風狀態(tài)點溫度不高于干球溫度25.8 ℃，相對濕度為90%。

2.5 冬季新風送入熱通道送風狀態(tài)點分析

冬季降低新風熱負荷的關(guān)鍵因素是降低新風送風溫度，具體分析如2.3節(jié)所述?？砂词欠裨跈C房內(nèi)采取加濕措施來確定新風送風狀態(tài)點參數(shù)。

3 結(jié)語

基于北京市室外空氣狀態(tài)點及濕空氣焓濕圖，分析了夏季及冬季新風分別送入冷通道和熱通道的送風狀態(tài)點。不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心機房新風送風狀態(tài)點的確定應根據(jù)項目所在地的室外空氣參數(shù)進行具體分析。為保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)新風需求和避免不必要的浪費，建議采用新風送風狀態(tài)點及新風量設計和智能控制相結(jié)合的方式來達到較好效果。

大型數(shù)據(jù)中心如果設置的模塊數(shù)量較多，機房新風的設置應盡量分散，最好以模塊為單位設置新風機組，不建議1臺新風機組承擔過多機房模塊負荷。實踐證明，在項目實際運行時，對新風系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制是降低PUE的一個重要手段。因此，每個新風系統(tǒng)所承擔的機房模塊數(shù)量越少，在實際運行時越容易單獨調(diào)節(jié)。