摘 要：新建民用建筑配置中小型數(shù)據(jù)中心愈加普遍，但其中大部分機(jī)房沒有完善的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)。通過對中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷特征、空調(diào)設(shè)計(jì)示例、新風(fēng)通風(fēng)和自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析闡述，以期為類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：中小型數(shù)據(jù)中心;冷源;空調(diào)末端;房間級(jí)精密空調(diào);列間級(jí)精密空調(diào)

0 ? ?引言

隨著信息化進(jìn)程加快，越來越多的新建民用建筑配置中小型數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)屬于工藝性空調(diào)，與常規(guī)舒適性空調(diào)存在明顯差異。其不僅要滿足機(jī)房內(nèi)溫濕度、控制精度等要求，還要求穩(wěn)定不間斷運(yùn)行。

根據(jù)前期調(diào)研，浙南區(qū)域民用建筑內(nèi)的中小型數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)大部分由智能化單位施工，未針對不同機(jī)房特性進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)。從機(jī)房空調(diào)實(shí)際使用情況來看，效果并不理想，普遍存在能耗大、溫度不均勻、濕度無法控制、機(jī)房無法維持正壓、空氣潔凈度較差、防水措施不到位等問題。

本文針對中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)進(jìn)行多方面梳理，以期為類似項(xiàng)目提供參考。

1 ?數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷特征

1.1 ?數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷組成

根據(jù)數(shù)據(jù)中心特性，其空調(diào)負(fù)荷主要由數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備散熱、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、人體熱負(fù)荷、照明裝置散熱、新風(fēng)負(fù)荷等部分組成[1]。

1.2 ?數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)特性

數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)特性主要包括：

（1）數(shù)據(jù)中心設(shè)備為常年散熱，須持續(xù)供冷，不間斷運(yùn)行。

（2）以設(shè)備散熱（顯熱）為主，潛熱極小。一個(gè)服務(wù)器機(jī)柜散熱量在每小時(shí)幾千瓦至十幾千瓦（如安裝刀片式服務(wù)器，則散熱量更高）。大中型數(shù)據(jù)中心散熱量在 400 W/m2左右，裝機(jī)密度高的數(shù)據(jù)中心散熱量可以達(dá)到 600 W/m2以上[2]。

（3）為使機(jī)房內(nèi)各區(qū)域溫濕度均勻，末端系統(tǒng)具有大風(fēng)量、小焓差的特性。

（4）空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等影響電子元件壽命，容易引起接觸不良或短路等，故數(shù)據(jù)中心有空氣潔凈度的要求。

2 ?中小型數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷源及末端

中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷源應(yīng)根據(jù)不同機(jī)房規(guī)模、氣候條件、自然資源、建設(shè)成本、運(yùn)行節(jié)能訴求及運(yùn)維能力等因素進(jìn)行綜合選擇。不同冷源形式及其特點(diǎn)如表1所示。

中小型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)按末端布置位置不同，可分為房間級(jí)、列間級(jí)和機(jī)架級(jí)[3]，具體如表2所示。

3 ?中小型數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)計(jì)示例

3.1 ?小型數(shù)據(jù)中心

小型數(shù)據(jù)中心服務(wù)器柜一般少于4個(gè)，單機(jī)架運(yùn)行功耗 3 kW以下，定位為 C 級(jí)數(shù)據(jù)中心。該數(shù)據(jù)中心采用基站式空調(diào)，房間級(jí)制冷，送風(fēng)方式為前送前回?；究照{(diào)需具有如下功能：（1）超大風(fēng)量，高顯熱比，杜絕凝霜;（2）相序保護(hù)和相序容錯(cuò);（3）掉電記憶和自動(dòng)重啟;（4）模糊智能控制;（5）過電流保護(hù)遠(yuǎn)程故障識(shí)別與報(bào)警;（6）遠(yuǎn)程通信控制等。

3.2 ?中型數(shù)據(jù)中心

（1）當(dāng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器柜少于6個(gè)，單機(jī)架運(yùn)行功耗5 kW以下，定位為C級(jí)數(shù)據(jù)中心時(shí)，該數(shù)據(jù)中心采用房間級(jí)精密空調(diào)，利用靜電地板下部空間作為靜壓箱送風(fēng)或在地板下設(shè)置風(fēng)道送風(fēng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同功率的機(jī)柜進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)，以達(dá)到最優(yōu)的制冷能效。在房間布局允許的情況下，考慮散熱均勻及節(jié)能，建議設(shè)置封閉冷通道。

（2）當(dāng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器柜為6～12個(gè)，單機(jī)架運(yùn)行功耗5 kW以下，定位為B級(jí)數(shù)據(jù)中心時(shí)，該數(shù)據(jù)中心設(shè)置封閉冷通道，將冷風(fēng)聚集在列間過道空間中，以冷通道前送風(fēng)、機(jī)柜后回風(fēng)的水平送風(fēng)方式，解決冷熱氣流短路問題，保障了服務(wù)器機(jī)柜溫度的均勻，消除了局部熱點(diǎn)（圖 1）。房間級(jí)精密空調(diào)采用N+1備份形式，單臺(tái)設(shè)備故障不影響系統(tǒng)使用。

（3）當(dāng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器柜為12～24個(gè)，單機(jī)架運(yùn)行功耗 15 kW 以下，定位為B級(jí)數(shù)據(jù)中心時(shí)，該數(shù)據(jù)中心采用列間級(jí)精密空調(diào)，將精密空調(diào)部署在機(jī)柜排中，緊靠熱源安裝，動(dòng)態(tài)匹配數(shù)據(jù)中心負(fù)載需求。列間級(jí)空調(diào)采用全直流變頻架構(gòu)，配合微模塊智能管理系統(tǒng)做 到冷電聯(lián)動(dòng)，可根據(jù)負(fù)載運(yùn)行情況按需制冷（圖 2）。列間級(jí)精密空調(diào)采用N+1備份形式，單臺(tái)設(shè)備故障不影響系統(tǒng)使用。

4 ?機(jī)房新風(fēng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心新風(fēng)量是指維持室內(nèi)正壓所需的新風(fēng)量和機(jī)房內(nèi)工作人員所需的新風(fēng)量，按兩者的最大值作為機(jī)房所需的新風(fēng)量。

維持機(jī)房人員健康所需的新風(fēng)量可按40 m3/（人·h） 計(jì)算，維持機(jī)房正壓所需的新風(fēng)量按表3計(jì)算。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用預(yù)處理新風(fēng)機(jī)組引入室外新鮮空氣，設(shè)置三級(jí)過濾（初效+中效+亞高效），使處理后送入機(jī)房的新風(fēng)滿足機(jī)房空氣潔凈度要求。新風(fēng)管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥與消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

夏季新風(fēng)以等室內(nèi)露點(diǎn)溫度送風(fēng)，控制室內(nèi)濕度。冬季新風(fēng)加熱至12 ℃（高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度）送風(fēng)，當(dāng)機(jī)房內(nèi)部相對濕度低于40%時(shí)，啟動(dòng)加濕器進(jìn)行加濕處理。

5 ?機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房和電池室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，在氣體滅火區(qū)域設(shè)置通風(fēng)設(shè)施，其排風(fēng)量按換氣次數(shù)8次/h確定，排風(fēng)口設(shè)在氣體滅火區(qū)域下部并直接通至室外。

電池室設(shè)有機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)按平時(shí)3次/h、災(zāi)后 8次/h確定。電池室排風(fēng)系統(tǒng)兼做災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)支管設(shè)兩個(gè)排風(fēng)口，一個(gè)設(shè)在上部，排除可能產(chǎn)生的少量氫氣，另一個(gè)靠近下部用以排除災(zāi)后氣體。

6 ?機(jī)房空調(diào)給水排水設(shè)計(jì)

機(jī)房空調(diào)加濕器供水干管及空調(diào)冷凝水干管建議設(shè)于下層吊頂內(nèi)，冷凝水管按1%坡度設(shè)置。為有效杜絕水系統(tǒng)漏水進(jìn)入機(jī)房設(shè)備區(qū)域，精密空調(diào)區(qū)域地面設(shè)置擋水壩，并設(shè)置漏水檢測（圖 3）。

7 ?機(jī)房空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.1 ?小型機(jī)房

小型機(jī)房可以采用空調(diào)遠(yuǎn)程控制器或者空調(diào)來電自啟動(dòng)器，遠(yuǎn)程控制或定時(shí)控制普通帶遙控的空調(diào)，其是通過學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)空調(diào)遙控器的指令代碼實(shí)現(xiàn)對空調(diào)的控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)、工作模式切換、溫度調(diào)節(jié)等所有遙控器上的功能?？刂圃砣鐖D4所示。

7.2 ?中型機(jī)房

中型機(jī)房應(yīng)設(shè)置專門的機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過智能監(jiān)控、分析、控制，并以多樣化的報(bào)警處理機(jī)制和友好的展現(xiàn)方式，使機(jī)房運(yùn)維人員及時(shí)了解機(jī)房設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一展示的運(yùn)維管理目的。

具體到空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控，應(yīng)通過安裝溫濕度傳感器，以實(shí)時(shí)檢測機(jī)房內(nèi)的溫濕度。采用空調(diào)自帶通信接口及通信協(xié)議的方式，系統(tǒng)實(shí)時(shí)、全面診斷空調(diào)運(yùn)行狀況，監(jiān)控空調(diào)各部件（如壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、加濕器、加熱器、除濕器、過濾器等）的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，并通過軟件在系統(tǒng)上或通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程修改空調(diào)設(shè)置參數(shù)（溫度、濕度等），實(shí)現(xiàn)空調(diào)的遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)。系統(tǒng)一旦檢測到報(bào)警或參數(shù)越限，將自動(dòng)切換到相關(guān)的運(yùn)行畫面，越限參數(shù)將變色，并伴有報(bào)警聲音及相關(guān)處理提示。對重要參數(shù)可做曲線記錄，用戶可通過曲線記錄直觀地看到空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行品質(zhì)。

8 ?結(jié)語

數(shù)據(jù)中心能耗中約40%為空調(diào)耗能，設(shè)計(jì)方應(yīng)充分調(diào)研并根據(jù)機(jī)房規(guī)模、氣候條件、投資、節(jié)能訴求及運(yùn)維能力等因素綜合考量選擇合適的冷源及末端方式。同時(shí)需注重機(jī)房新風(fēng)設(shè)計(jì)和給水排水、自控系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)。受篇幅所限，文中未對熱管末端、水冷柜門等機(jī)架級(jí)空調(diào)進(jìn)行描述。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50174—2017[S].

[2] 彭殿貞.綠色數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] 張泉，李震，鄭宏，等.數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：?機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

收稿日期：2021-03-01

作者簡介：葉豐（1973—），男，浙江溫州人，高級(jí)工程師，研究方向：暖通設(shè)計(jì)。