江西某云数据中心暖通空调设计及节能技术应用

王 韬



江西某云数据中心暖通空调设计及节能技术应用

王 韬

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司 南京 210000）

数据中心能耗巨大，空调系统能耗是数据中心能耗的主要组成部分，降低空调能耗对降低数据中心能耗至关重要。以节能为核心，根据江西某云数据中心暖通空调设计中空调冷热源、水系统及空调末端方式与气流组织等特点，总结了工程中所运用的暖通空调相关节能技术措施。

暖通空调；节能；设计

0 工程概况

本文所研究的云数据中心项目位于江西省上饶市高铁新区，建筑总面积25500m2，其中地上建筑面积23689m2、地下建筑面积1811m2。机房主体四层，局部地下一层。本建筑为单栋建筑，具体划分为两部分功能区，包括机房功能区约11800m2（西北侧）和办公配套区约11800m2（东南侧）。地下一层为空调冷冻机房、水泵房、消防水池、空调蓄水池。

1 空调系统设计

1.1 冷热源

空调系统夏季设计总冷负荷约为12250kW，其中机房区冷负荷约为11000kW，办公配套区约1250kW；冬季机房区无热负荷，办公配套区设计总热负荷约为850kW。机房楼有着高负荷、需全年供冷的特点，对空调系统运行安全性、可靠性和适用性要求较高。本工程机房区冷源采用4台高效离心机组，其中2台1600RT高压离心式冷水机组，2台800RT磁悬浮离心（初期机架低负荷时开启一用一备，后期机架满负荷时全部作为备用机组）；办公配套区制冷采用1台400RT螺杆式水源热泵机组，制热利用该螺杆式水源热泵机组免费供暖。

为充分利用冬季以及过渡季节室外冷源，配置4套节能水-水板式换热器。当室外湿球温度低于8.5℃时，冷水机组将停止工作，完全利用自然冷源，由水-水板式换热器替代其进行制冷，热量通过冷却塔散出；当室外湿球温度高于8.5℃、低于13.5℃时，冷水机组工作，部分利用自然冷源，由水-水板式换热器对冷冻水进行预冷，热量通过冷却塔散出。

为满足数据中心特殊需求，保障市政停电15分钟的冷负荷，在地下一层设置总容积约480m3闭式水蓄冷罐。

依据机房显热大潜热小的热湿特性，机房区制冷机组冷冻水供回水温度提高至13～18℃，进一步提高主机效率；办公配套区制冷机组冷冻水供回水温度为7℃/12℃，冷却水的供回水温度均为 32℃/37℃。免费制冷板换的一次侧供回水温度 11℃/16℃，板换二次侧的供回水温度为13℃/18℃。冬季螺杆式水源热泵机组利用数据机房全年供冷的特点，免费提供60℃/53℃的热水。

1.2 冷热水系统

考虑到机房的安全性要求，机房区管路采用两套管路系统，每套系统的冷冻水系统均采用闭式循环系统，由立管和水平管组成。冷冻水分、集水器间设置压差旁通装置以保证只有1台冷冻水泵在最低负荷运行时供回水管路压力平衡。为离心式冷水机组设置4台变频冷冻水泵；免费制冷板式换热器和离心式冷水机组共用冷冻水泵；办公配套区采用独立单管路系统，冷冻水供回水管不进分集水器，为独立竖向管路，每层支管加静态平衡阀，为螺杆式冷水机组设置2台变频冷冻水泵1用1备，1台热水循环泵与1台冷却水循环泵互为备用。

1.3 冷却水系统

为机房区离心式冷水机组配置4台变频冷却水泵，免费制冷板式换热器和离心式冷水机组共有冷却水泵；为办公配套区螺杆式冷水机组配置1台定频冷却水泵。塔楼屋面层设置2台1400m3/h的开式横流冷却塔，2台700m3/h的开式横流冷却塔，1台400m3/h的开式横流冷却塔，各冷却塔风扇设置变频器，且均带有防冻电加热器，屋顶室外冷却水供回水管包裹电热拌线，以保证全年正常使用。为满足数据中心特殊需求保障，市政停水12小时的补水量，在室外地下设冷却塔应急补水池约500m3。

图1 空调冷热源系统

1.4 空调末端方式与气流组织

1.4.1 4kW低功耗机架机房

鉴于数据机房负荷大的特点，对4kW低功耗机架数据机房采用冷通道封闭并进行数值分析，优化最佳的送风方式。对模拟结果分析，在封闭冷通道工况下，室内环境温度20-25℃，不会出现局部过热问题，因此本工程的气流组织为采用封闭冷通道地板下送风，冷热通道隔离，机柜面对面摆放。

图2 数据机房模型

图3 封闭冷通道温度分布

1.4.2 7kW高功耗机架机房

对于7kW高功耗机架机房，由于单机架发热量大，因此制冷单元直接安装在IT机柜上。与房间级或行级制冷架构相比，热管背板直接吸收机柜排热，大幅提高制冷效率且其制冷气流路径更短可降低风机功耗。

图4 热管背板原理图

1.4.3 办公配套用房

由于办公配套用房最大面积均小于300m2，因此均采用风机盘管加新风方式。办公区采用上送上回式风机盘管，员工公寓采用侧送上回式风机盘管。

2 结语

在数据中心里空调系统能耗约占总能耗的35～45%，因而，空调系统是否节能对于建设节约型数据中心意义重大。为体现节能的理念，本工程设计中采用了包括：制冷站全变频自动控制运行；采用CFD流体计算软件模拟数据机房热环境，为末端形式的选择提供依据；数据机房利用冷却塔免费制冷或预冷；采用封闭冷通道地板下送风这种节能型气流组织；采用热管背板这种节能型末端；办公配套用房采用水源热泵热回收冬季免费供暖等节能技术。

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HVAC Design of a Cloud Data Center in Jiangxi and Application of Energy-saving Technology

Wang Tao

( Jiangsu Posts&Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd, Nanjing, 210000 )

Data center has a huge energy consumption, HVAC systems take up a considerable portion of the total energy consumed by a data center, so reducing energy consumption of HVAC systems is very important to reduce energy consumption of data center. Taking energy saving as the core, according to the characteristics of cold and heat sources, water system and air conditioning terminal mode and airflow organization in a cloud data center of Jiangxi, this paper summarizes the HVAC related energy saving technical measures used in the project.

heating ventilation and air conditioning; energy conservation; design

TU831

A

1671-6612（2018）02-207-03

王 韬（1984-），男，工学硕士，工程师，主要从事暖通设计工作，E-mail：woowkaka@qq.com

2017-11-16