數據中心工程暖通系統的節能措施

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本文主要從節能的角度出發，重點闡述可行的節能措施，針對具體工程，可根據實際情況選取合理的節能措施形成一個完整的、有針對性的空調系統。

充分利用室外氣候條件

由于數據中心的運行時間為全年不間斷運行，所以要求空調系統全年運行，但是在北方地區，過渡季及冬季室外空氣可以作為天然冷源加以利用，從而極大地降低機械制冷系統的運行時間及費用。可利用的部分自然冷卻和完全自然冷卻的時間越長，全年平均的PUE值就越低，意味著越節能。對于采用冷卻塔供冷的系統來說，當室外濕球溫度降低到某一值時，使得冷卻水供水溫度低于冷凍水回水溫度2℃時，便開始啟動部分自然冷卻模式，冷凍水回水經板換另一側的冷卻水冷卻降溫后再進入制冷機組，相當于降低了冷機的負載率，從而降低了冷機的壓縮機功率，達到節能的目的；當室外濕球溫度持續降低，使得冷凍水回水經板換另一側的冷卻水冷卻降溫后溫度達到設計供水溫度，此時，進入完全自然冷卻模式，停止冷機，完全由冷卻塔承擔所有負荷。對于采用換熱機組等風側自然冷卻的系統來說，我們主要利用室外干球溫度，當室外干球溫度低于室內設計送風溫度2℃時，便可以啟動風側自然冷卻的功能，而對于一些干熱地區(西北地區氣候條件)，可通過在室外空氣進入換熱機組前加噴淋裝置，使得室外空氣的換熱溫度盡可能的接近濕球溫度，從而延長自然冷卻的時間。

設備的變頻

(1)制冷空調系統中，耗電最大的設備應該是制冷機組，采用變頻冷機不僅可以在部分負荷時降低壓縮機功率，而且隨著室外濕球溫度的降低，進入制冷機組的冷卻水溫度降低，可大大提高冷機的COP值，另外，在數據中心的空調系統中冷機的啟動時間直接影響蓄冷罐的選型，而冷機變頻可大大縮減啟動時間，從而減小蓄冷罐的配備容量；(2)水泵建議設置為變頻泵，其頻率由末端最不利環路的壓差控制，當末端負荷減小時，水泵頻率相應減小，從而節省水泵耗電；(3)末端空調的風機設置為EC風機，風機頻率根據架空地板內靜壓或回風溫度控制，從而節省大量風機耗電；(4)冷卻塔風機采用變頻風機，風機頻率根據室外濕球溫度控制，從而節省大量風機耗電。

合理的氣流組織

數據中心主機房的氣流組織設計尤為關鍵，其目的是防止冷熱風的混合，對于單機柜熱密度在5kW以下的情況，可考慮按照冷熱通道的設計原則；對于單機柜熱密度在5kW以上的情況，可考慮按照封閉冷熱通道的設計原則，對于究竟是封閉冷通道還是封閉熱通道，目前國內封閉冷通道的占多數，但是隨著室內設計送風溫度不斷的提高，建議封閉熱通道，一方面考慮人所處的環境舒適性，另一方面封閉熱通道可以降低由機柜自身而造成的漏風率。而對于傳統的架空地板送風模式，由于開孔地板有一定的阻力損失，需要風機更大的壓頭，從而增大風機的功耗，且對于高密度機柜來說，架空地板的承重受到限制，所以建議取消架空地板，采用側送風的方式與封閉熱通道配合使用，可最大程度的優化氣流組織。

合理的送風溫濕度參數

數據中心的主機房送風溫濕度參數主要與IT設備對環境的要求有關，我國數據中心的設計規范GB50174《電子信息系統機房設計規范》[1]對主機房的溫濕度要求見表1。但并未明確具體指哪里的溫度，對于冷熱通道封閉的情況，則不適用，此時，我們可參照美國ASHRAE標準[2]，其規定IT機房內的送風溫度范圍18～27℃，露點溫度范圍5.5～15℃，在確定送風溫濕度時，在推薦范圍內，可盡可能地提高溫度，從而可相應地提高冷凍水供水溫度，不僅可以大幅提高冷機的COP值，還可以提高自然冷卻的室外溫度設定點，延長自然冷卻的時間，達到節能的目的。而濕度的設置由于冷熱通道的相對濕度不同，所以，可通過露點溫度控制，一般可設定露點溫度在11.5℃左右。

最優化新風處理

數據中心主機房由于對環境的潔凈度有一定的要求，所以主機房一般保持5～10Pa的正壓，折換成新風的換氣次數約1次/h，對于新風的處理，夏季比較簡單，為簡單的除濕過程；但在冬季，由于室外空氣的干球溫度均低于室內設定的露點溫度，且含濕量低于室內空氣的含濕量，所以冬季室外空氣的處理過程為加熱加濕，對于加熱，目前的設計現狀為熱水加熱主用，電加熱備用，這顯然造成了不合理的能源利用。對于新風的加熱，可考慮采用換熱機組，新風機房近IT機房旁邊，利用IT機房內的回風加熱新風，不僅可大大降低新風加熱的耗熱量，還可以減小末端空調的負荷，從而減小末端空調的風機功耗；對于加濕，一般采用等溫加濕(電熱式或電極式)和等焓加濕(濕膜加濕)，電熱或電極式加濕雖然控制精度高，但耗電量大，對于一些沒有專用空調機房的情況可以采用，但假如IT機房面積較大，新風加濕量大，且有專門的空調機房，建議在回風處設置濕膜加濕器，以大幅度節約電能(見圖1)。

BMS(BuildingManagementSystem)系統的應用

對于數據中心工程的暖通系統來講，為全年不間斷運行，且中間存在機械制冷與自然冷卻的切換、冷機的加載與減載等，這些依靠運營人員進行操作是不現實的，一套完整的自動控制系統不僅可以減少運維人員的操作量，而且可以根據控制條件進行精確的模式切換、加減載，使節能達到最大化。

暖通設備的總裝機容量

盡管暖通設備的總裝機容量與暖通設備的節能并無關系，但卻會影響電氣設備的配置情況，例如可能會增大變壓器、UPS的容量，增大通過電纜的電流，而這些變化均會造成電氣設備的損耗增加，同時增加了空調需要承擔的負荷，所以，對于暖通設備的選型，應盡可能地按照詳細的負荷計算進行，使得設備選型準確，不應隨意增大安全系數。

水冷背板和干冷盤管

水冷背板和干冷盤管的共同點是冷凍水直接進入IT設備后部或上部的冷卻盤管，相當于省去了末端空調的風機，這對于整個系統的PUE影響甚大，節能效果非常明顯。在國外，一些著名的IT公司自營的數據機房有相當一部分采用了這些技術。但是，目前國內運營商多數不能接受水管進入IT機房內，所以此項技術在中國并沒有大面積推廣，相信隨著人們認識的改變，技術的不斷成熟，運行費用的顯著差異，這些技術會逐漸在中國推廣開來。

結語

以上主要從節能的角度對數據中心工程中暖通空調系統的節能點進行了一些分析與總結，每一種節能措施有其對應的應用條件，針對具體的設計項目，我們可以從不同的角度分析其特點，靈活應用各種節能技術，包括技術的分拆、組合，最終制定一個適合于特定項目的最佳方案。作為IT設備的基礎設施，必須適應IT技術的更新，隨著技術的不斷發展，相信我們的空調制冷系統還會有巨大的變化，作為一個數據中心的暖通空調設計人員，應該實時了解IT設備的更新情況，從而調整我們的設計思路，使得空調系統更具有針對性、先進性。（本文作者：陳波 單位：天津喜邦建筑工程設計有限公司）