数据中心工程中暖通系统节能措施的分析

熊慧亮 涂祥宇

摘  要：近年来，我国的社会经济飞速发展，迎来了信息时代，数据中心作为信息化建设中重要的基础设施，其施工规模逐渐扩大，暖通系统的能耗量也大幅度上升，数据中心工程暖通系统的节能设计显得非常关键。基于此，本文从IT设备对周边环境要求的视角分析，提出了一套安全、节能的暖通系统设计方案。

关键词：数据中心工程;暖通系统;节能措施

中图分类号：TP308      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）14-0089-02

Analysis of Energy Saving Measures for HVAC System in Data Center Engineering

XIONG Huiliang，TU Xiangyu

（Jiangxi Rural Credit Union，Nanchang  330036，China）

Abstract：In recent years，China’s social economy has developed rapidly，ushered in the information age. As an important infrastructure in the construction of information technology，the data center has gradually expanded its construction scale，and the capacity of the HVAC system has also increased significantly. The energy-saving design of the engineering HVAC system is critical. Based on this，this paper presents a set of safe and energy-saving HVAC system design schemes from the perspective of IT equipment requirements for the surrounding environment.

Keywords：data center engineering;HVAC （heating，ventilation，air-conditioning and cooling） system;energy saving measures

0  引  言

十幾年期间，我国的数据中心工程日益增多，单一数据中心的建筑面积甚至可达上万平方米，使得传统的机房精密空调冷却模式不适应市场发展要求，PUE是一项节能效果评估的重要指标，要求至少应超过2.0。这意味着这样的冷却模式在大型数据中心工程中正常运行的电能需求量非常大。对此，目前界内一般采用冷冻水系统，取代直膨型的精密空调，利用场地条件、对相关的温湿度、平面布局等进行优化设计，以达到节约能源的目的。以下就相关问题展开详细论述。

1  合理地利用户外的气候条件

第一，数据中心工程长年不停运行，要求空调系统也要保持全年运行。但在我国的北部地区，每逢冬季、过渡季节，可充分地利用户外空气为冷源，有效地减少了制冷设备的运行时间，节约系统的运行成本。可以说，如果能够供人使用的完全、部分自然冷却的时间越长，则全年整个工程的PUE平均数值会越小。

第二，冷却塔供冷系统中，若室外湿球的温度降至一定值，使冷却水的供水温比回水温低2℃的时候，可利用部分的自然冷却模式，冷冻水的回水从板换另一侧的冷却水，在降温后，流入制冷机组，等同于冷机设备的负载率下降，使得系统的压缩机功率变小，达到节能目的。如果户外的湿球温度一直处于下降状态，则冷冻水的回水，从板换另一侧冷却水，在降温后，温度与有关的供水温度标准相符，进入完全的自然冷却。可停止冷机运行，从冷却塔承担所有的负荷。

第三，换热机组等风端自然冷却系统一般可对户外的干球温度加以利用，当干球温度比室内送风的设计温度低2℃时，即可开启风端的自然冷却功能。我国的西北地区属于干热地区，可在户外空气未进到换热的机组时，安装喷淋装置，将室外空气的换热温度维持在湿球相近的温度值，延长自然冷却时间。

2  设备变频设计

第一，在数据中心工程的制冷空调系统，制冷机组运行的电能消耗最大。利用变频冷机，不仅可在部分负荷时，让压缩机的功率变小，而且能够伴随室外湿球的温度而降低，使流入制冷机组的冷却水的温度降低，提高了冷机系统的COP值。同时，在数据中心的空调系统中，冷机开启时间与蓄冷罐的型号选择具有密切的关系，而冷机变频设计能够极大地压缩开启时间，导致蓄冷罐的容量变小。

第二，关于水泵，通常在泵的频率末端，难以对环路的压力差进行控制。可选择变频水泵，如果末端的负荷很小，则水泵的频率也会有所降低，进而取得节约电能的效果。

第三，末端空调的风机选用EC型号，结合架空的地板中的静压或者回风的温度对风机的频率加以控制，使风机的耗电量减少。

第四，冷却塔的风机最好选用变频风机，依据室外湿球的温度，对风机频率加以调节，以节约大量的电能消耗。

3  科学的气流组织

在数据中心工程中，对主机房的气流组织进行合理的规划、设计非常重要。以免发生冷风、热风的彼此混合。当单机柜的热密度小于5kW时，则可秉承冷热通道的设计准则;若单机柜的热密度大于5kW时，则可选择封闭式冷热通道的设计准则。现阶段，我国封闭式的冷通道居多，然而伴随时代的发展，室内设计的送风温度日益上升，建议选用封闭式的热通道模式，主要原因如下：一是封闭式的热通道模式能使人们居住的环境更为舒适，二是封闭式的热通道能够使机柜本身的漏风率降低。关于以往架空地板的送风，由于开孔地板会有相应的阻力损失，要求风机压头更大，加大了风机的功率。而关于高密度的机柜，使架空地板的承重受限，建议将架空的地板取消，选择“封闭式热通道+侧送风形式”相结合的方式，可进一步改进气流组织。

4  送风参数的设计

数据中心工程中，对于主机房的送风系统，其温、湿度的设计标准应与相应的IT设备对环境的要求保持一致。例如：我国的数据中心的主机房内，温湿度的参数设计如下：开机时，机房的室内温度为23.0±1.0℃，湿度控制在40.0%-55.0%;停机时，室内温度为5.0℃-35.0℃，相对湿度控制在40.0%-70.0%。可是，没有对具体地点的温度作出明确说明，对于封闭式的冷/热通道是不适用的。相关设计人员可以借鉴美国ASHRAE的相关标准，即规定了IT机房中的送风温度应控制在18.0℃-27.0℃范围内，露点温度应控制在5.5℃-15.0℃范围内，在对送风的温湿度进行确定的时候，在推荐的参数基础上，可尽量上调温度，进而能够从某种程度上提升冷冻水系统的供水温度，既能够让冷机的COP值得到大幅度上升，又使自然冷却下的室外温度设定点提升，使自然冷却的时间延长，达到了节能目的。而湿度设计时，由于冷热通道的相对湿度不同，可以对露点的温度加以控制，一般將露点温度设为11.5℃。

5  新风处理

数据中心的主机房对室内环境要求较高，必须达到相应的洁净度。故主机房室内应维持5-10Pa的正压。同时，折成新风的换气次数约为1次/h，处理新风时，在夏季很简单，就是进行除湿;而在严寒的冬季，由于室外空气干球的温度比室内露点的设计温度要低一些，同时，干球的湿度也比室内的空气湿度低，故冬天室外空气的处理主要以“加湿、加热”为主，关于加热处理，现阶段，我国设计选择热水、电能加热两种方式，其中，以热水加热方式为主。这明显浪费了大量的能源。因此，应当对现行的新风加热方式进行优化，可以尝试选用换热机组，新风机房邻近IT机房，从而可充分地利用IT机房中的回风对新风加热，不仅减少了热量消耗，而且使末端的空调负荷变小，降低了末端空调风机的功耗;对于加湿的问题，通常采取等温加湿、等焙加湿的方式，前者的控制精度较高，但电能消耗较大，对于未启动专用的空调机房时可以选择，可是，若IT机房规模较大，涉及的新风加湿量也会增加，同时，有单独的空调机房，可在回风口设置相应的湿膜加湿装置，从而达到节能目的。

6  引入BMS系统

数据中心的暖通系统长年处于运行状态，因此又会涉及自然冷却与机械制冷的切换，以及冷机负荷增减等问题，上述单纯地由运营人员操作是难以实现的，可以安装BMS自动化控制系统，既可降低工作量，又可根据实际情况进行智能、精确地控制，轻松地实现装置切换等，达到最大化的节能效果。

7  暖通设备的总体装机容量

尽管暖通系统的总体装机容量不会直接影响暖通设备的节能性能，但是，从某种意义上会对电气设备的配置造成影响。例如：可能增大UPS、变压器容量，使电缆电流变大，而上述变化皆会加大电气设备的电能损耗，使空调系统的负荷增加。所以，在对暖通设备进行型号选择时，应当严格参照负荷的计算结果，选择合适的暖通设备，尽量不要增加安全系统负担。

8  结  论

总之，本文从节能的视角分析了我国数据中心工程中的暖通空调系统，关于节能措施的选择，可结合实际的设计项目而定，从多个视角分析主要特征，有效地选用节能技术，或进行技术拆分、整合，制定针对性较强的设计方案。IT设备的基础设施应与IT技术的发展要求相符，在科技不断发展下，我国的制冷系统还会占有更大的市场，相关的暖通空调的设计工作者，应当积极地了解最新的IT设备，不断地优化设计思路，让空调系统功能更加优越。

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作者简介：熊慧亮（1984.12-），男，汉族，江西新建人，助理工程师，本科，研究方向：数据中心基础设施运维。