吳學(xué)淵，嚴(yán) 政

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

1 工程概述

1.1 建筑概況

本工程為北疆某數(shù)據(jù)中心，建筑地上4 層，建筑高度22.8m，建筑面積11320m2。首層為高低壓配電用房、空調(diào)換熱機(jī)房、油機(jī)房等配套用房，2～4 層為數(shù)據(jù)機(jī)房及電力電池用房。

1.2 氣候概況

該地區(qū)位于天山北麓，亞歐大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱氣候；降水主要集中在春季，約占全年降水的40%；夏季熱而不悶，且日照時(shí)間長(zhǎng)；秋季干燥涼爽，且晝夜溫差大；冬季嚴(yán)寒且漫長(zhǎng)。

2 空調(diào)冷源

2.1 空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷

通過(guò)計(jì)算得到大樓空調(diào)冷負(fù)荷為7300kW，其中設(shè)備負(fù)荷為6600kW，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷為700kW，設(shè)備負(fù)荷約占總負(fù)荷的90%。

根據(jù)中國(guó)氣候條件，長(zhǎng)江以北廣大地區(qū)，隨著緯度增加，自然冷源利用時(shí)間越長(zhǎng)；春季、秋季、冬季等可以部分甚至全部替代壓縮機(jī)運(yùn)行，利用自然冷源降溫可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。自然冷源可適用范圍見(jiàn)圖1，從圖1 可以看出隨著緯度增加，自然冷源利用時(shí)間越長(zhǎng)。

圖1 烏魯木齊市全年各級(jí)干球溫度頻數(shù)

空調(diào)系統(tǒng)采用板式換熱器將制冷主機(jī)側(cè)和空調(diào)末端側(cè)分開(kāi)成兩個(gè)系統(tǒng)?？照{(diào)末端側(cè)冷凍水采用12/18℃的高水溫、制冷主機(jī)側(cè)冷凍水采用11/16℃的高水溫、大溫差的冷凍水系統(tǒng)，在保證空調(diào)冷量的前提下減少空調(diào)主機(jī)、冷凍水泵的能耗，高水溫也適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷以顯熱為主的特點(diǎn)，減少空調(diào)系統(tǒng)不必要的除濕能耗，真正實(shí)現(xiàn)安全節(jié)能。

另外，我國(guó)新疆烏魯木齊屬于世界高緯度地區(qū)，冬季平均溫度極低，且持續(xù)時(shí)間漫長(zhǎng)，利用自然冷卻實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果極好。圖1 為烏魯木齊市全年各級(jí)干球溫度頻數(shù)，烏魯木齊市全年約有3800h 的時(shí)間在5℃以下，全年可利用的自然冷卻時(shí)間長(zhǎng)，采用自然冷卻技術(shù)可以大大降低運(yùn)行成本，降低系統(tǒng)的PUE 值。

風(fēng)冷冷水機(jī)組冬季供冷的方式是利用主機(jī)側(cè)自然冷卻的技術(shù)，即風(fēng)冷冷水機(jī)組自帶自然換熱系統(tǒng)。冷水機(jī)組模式：完全依靠壓縮機(jī)制冷；混合運(yùn)行模式：春、秋過(guò)渡季節(jié)，通過(guò)自然冷源盤管預(yù)冷，根據(jù)進(jìn)水溫度與室外環(huán)境溫度之差決定壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間；免費(fèi)制冷模式：冬季運(yùn)行期間，環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，整個(gè)制冷系統(tǒng)切換到自然冷源方式，壓縮機(jī)將不再工作，達(dá)到節(jié)能目的。

工作原理：在過(guò)渡季節(jié)（室外干球溫度小于等于20℃），主機(jī)采用部分自然冷卻。在冬季（室外干球溫度小于等于5℃），主機(jī)完全采用自然冷卻，免費(fèi)制冷。在其他季節(jié)，室外溫度較高，風(fēng)冷主機(jī)開(kāi)啟制冷壓縮機(jī)正常制冷。

2.2 空調(diào)冷源選擇

針對(duì)本工程，對(duì)中央空調(diào)水冷冷凍水系統(tǒng)和中央空調(diào)風(fēng)冷冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行具體數(shù)值的對(duì)比，如表1 所示。

表1 兩種方案對(duì)比

2.3 系統(tǒng)方案確定

考慮到大樓屋面及室外空地面積有限、當(dāng)?shù)厝赀^(guò)渡季節(jié)及冬季漫長(zhǎng)、工程所在區(qū)域水資源缺乏且供水保障能力較差等因素，大樓采用中央空調(diào)風(fēng)冷冷凍水系統(tǒng)。主機(jī)采用風(fēng)冷冷凍水機(jī)組（帶自然冷源），置于屋面。風(fēng)冷主機(jī)在室外干球溫度小于20℃時(shí)進(jìn)行部分自然冷卻，室外干球溫度小于5℃時(shí)進(jìn)行完全自然冷卻，從而降低主機(jī)能耗。具體設(shè)備選型如表2 所示。

表2 空調(diào)主設(shè)備

3 節(jié)能技術(shù)措施

3.1 二級(jí)泵系統(tǒng)

為保證屋面冷凍水系統(tǒng)在冬季的安全運(yùn)行，冷源側(cè)采用體積濃度為52%的乙二醇溶液，能滿足當(dāng)?shù)貧v史出現(xiàn)的極端溫度（零下40℃）冷凍水不結(jié)冰?？紤]到乙二醇屬易燃易爆有毒危險(xiǎn)化學(xué)品、遇明火易發(fā)生爆炸且乙二醇防凍液在使用中易生成酸性物質(zhì)，對(duì)金屬有腐蝕作用、換熱效率低于清水，為保證冷凍水系統(tǒng)內(nèi)乙二醇溶液流通范圍做到最小本方案采用二級(jí)泵系統(tǒng)，冷源側(cè)采用乙二醇水溶液，負(fù)荷側(cè)采用清水，兩者之間利用板式換熱器進(jìn)行換熱，換熱系統(tǒng)置于首層換熱站。冷源側(cè)供回水溫度為10.5/16.5℃，負(fù)荷側(cè)供回水溫度為12/18℃，

3.2 冷凍水環(huán)路及蓄冷模式

空調(diào)管路系統(tǒng)采用兩路冷凍水立管，各層采用冷凍水環(huán)路，可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備及冷凍水管可互為備用，空調(diào)水路每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置雙閥，保證空調(diào)系統(tǒng)能夠在線維護(hù)，安全可靠。

系統(tǒng)采用高效的空調(diào)蓄冷模式，設(shè)置2 個(gè)有效容積32m3閉式蓄冷水罐在線運(yùn)行，保證15min 不間斷供冷。保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。數(shù)據(jù)中心在初期運(yùn)行時(shí)，機(jī)柜實(shí)際負(fù)荷很小，通過(guò)設(shè)置的蓄冷罐對(duì)系統(tǒng)冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以避免冷水機(jī)組由于負(fù)荷低而頻繁啟動(dòng)，降低對(duì)主機(jī)的傷害，甚至可以使冷水機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)段內(nèi)停止工作，利用蓄冷罐冷凍水的對(duì)末端空調(diào)設(shè)備進(jìn)行供冷，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

4 結(jié)語(yǔ)

自然冷卻技術(shù)在北方大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，依托自然冷源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷。如今，中央空調(diào)風(fēng)冷冷凍水系統(tǒng)在西北地區(qū)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用也較為廣泛，所以其中各個(gè)節(jié)能技術(shù)的相互配合，以及在極端天氣下的防護(hù)措施都尤為重要，通過(guò)本工程實(shí)踐總結(jié)為今后自然冷卻技術(shù)在大型數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用提供設(shè)計(jì)參考。采用該項(xiàng)技術(shù)后，大樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率可提高13.5%，全年可節(jié)約電量約568 萬(wàn)kW·h，減少二氧化碳排放量約180 萬(wàn)kg。