A级数据中心冷却循环水系统设计体会

张国斌

中船第九设计研究院工程有限公司

A级数据中心冷却循环水系统设计体会

张国斌

中船第九设计研究院工程有限公司

简要介绍A级数据中心冷却循环水系统设计思路。

A级数据中心；冷却循环水系统；设计

1 引言

随着国家“互联网+”、“大数据”、“云计算”、“智能制造”战略的进一步拓展，数据中心建设正蓬勃展开。本文通过某个A级数据中心空调冷却循环水系统的介绍，旨在为今后的数据中心空调用冷却循环水系统设计提供思路。

2 项目简介

笔者有幸负责设计了一个数据中心项目，项目位于上海市郊。主要包括数据楼、动力楼、科研楼各一栋，及110KV变电站一座。数据楼地下一层、地上八层，建筑高度49米，建筑面积约57000平方米，共设8000多个机柜；动力楼地下一层、地上三层，设有柴油发电机间、消防水泵房、生活给水泵房、冷却水补水泵房等动力设施；科研楼地上四层、为一般民用建筑。

数据楼属A级数据中心，内部设备安装密度大、精密度要求高、用电设备多、用电量大，发热量也大且基本要求恒温恒湿24小时365天不间断运行，空调系统要求可靠性与可用性高，系统按容错系统配置。

3 空调设计要求

数据楼设集中空调系统，选用水冷离心式冷水机组；数据楼地下一层共设四座冷冻机房，每座机房设离心式冷水机组四台，三用一备，选号参数一致。

夏季设计湿球温度为T1=28.5℃，进水温度t1=37℃、出水温度t2=32℃，每台机组的冷却循环水量为935立方米/时。

4 系统形式

对于大型的空调用冷却循环水系统，其冷却水管道布置通常有二种形式，具体优缺点如下：

第一种是干管制，即多塔多泵多机组合用一套供回水管道，管道数量少，占用管井面积小、布置比较方便，塔、泵与机组切换比较便捷，投资较省。如系统运行调节、流量变化幅度较大时（如昼夜、季节性等），相应供回水管路水损变化也大，对水泵的运行控制要求就比较高；一旦供回水管路或主阀出现问题时，系统就得被迫停止运行进行检修。

第二种是单管制或单元制，即一塔一泵一机组一一对应组合成一个运行单元，每个运行单元设一套供回水管道，这样系统运行比较平稳，对冷却塔、水泵的运行控制要求就比较低；一旦一个单元发生问题时、检修维护方便，不影响整个系统的运行。缺点是供回水管道数量多，占用管井面积大、布置比较困难。

经与工艺与空调专业协商，数据楼的空调要求冷却循环水系统采用N+1配置，系统按单管制设计，冷却循环水系统有一个单元备用。

5 设备布置

数据楼屋顶共设四组冷却塔，每组四台三用一备、分别对应地下一层每座冷冻机房。选用开式低噪音横流式冷却塔、带集水盘，设计流量为1000立方米/时；每台采用二个500立方米/时组合而成、每台均可独立运行，每台冷却塔的进出水管均不设控制阀门，由设在冷冻机房的单元控制屏集中控制。

每座冷冻机房内设冷却循环水泵四台，三用一备，每座冷冻机房对应屋顶一组冷却塔。冷却循环水泵选用卧式离心泵，水泵参数Q=900立方米/时、H=30米、n=1450转/分钟、N=110千瓦；冷却循环水泵进水管上设一套自洁式管道过滤器。

冷却循环水系统须常年运行，一年四季室外气候条件变化很大，为节省能耗，冷却循环水泵、冷却塔配套风机均采用变频控制、可依据气候条件设定。

6 水质控制措施

系统在冷却循环水泵进水管上设一套微晶循环水旁滤处理器，处理水量按2%循环水量考虑。为保证循环水的水质，系统在每座冷冻机房内设一套全自动在线冷却水加药装置，不定期向冷却循环水系统添加水质稳定及阻垢缓蚀剂。

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7 冷却循环水补水

系统的平均时补充水量按循环水量的1.5%考虑，即为180立方米/时，系统设补充水管一根，管径为DN200，入口设水表计量。

依据《数据中心设计规范》GB50174-2017第12.1.4条之要求，“A级数据中心的冷却水补水储水装置可按12小时储水”。

冷却水补水泵房设在动力楼地下一层，冷却水补水调节水池布置宜为二～三座，一般采用钢筋混凝土结构（内贴瓷砖）；本设计共设三座、每座水池的有效容积约为750立方米；三座水池可满足夏季规范要求的12小时储水量的要求、二座水池可满足冬季规范要求的12小时储水量的要求。

冷却水补水泵房设二套冷却水变频供水装置，每套供水能力按系统的平均时补充水量70%设计，即为126立方米；二套变频供水装置的出水管采用双管环形供水，以确保系统的安全可靠。

此处应注意的是水池的有效容积是规范要求，合理布置冷却水补水调节水池与冷却水补水加压泵的关系、管道布置，宜按照消防水池的容量计算方式来核算，以确保系统的安全可靠；冷却水补水调节水池内宜布置导流设施。

8 冷却循环水年补水量核算

经与工艺与空调专业协商，项目位于上海市郊，按照上海市年气候变化情况，确定了冷却循环水系统季节性循环水量变化情况，具体如下：

夏季：按系统运行3个月、90天计，冷却水循环水总量为12000立方米/时。

补水量Q1=12000*1.5%*24*90=388800立方米。

冬季：按系统运行3个月、90天计，冷却水循环水总量为8000立方米/时。

补水量Q2=8000*1.5%*24*90=259200立方米。

过渡季：按系统运行6个月、185天计，冷却水循环水总量为10000立方米/时。

补水量Q23=10000*1.5%*24*90=666000立方米。

冷却循环水系统年补水量：∑Q=Q1+Q2+Q3=1314000立方米，占到基地年用水量的99%左右。

9 结论及建议

冷却水补水调节水池的容量宜根据当地自来水供水条件来确定，如能满足二路（参照消防给水标准）供水的条件，建议容量可适当减少、满足6小时储水量的话比较经济合理。

合理选用冷却循环水系统，选择高效节能的产品，事关节水节能。

[1] GB50015-2003(2009年版).建筑给水排水设计规范[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.030