新疆某数据中心空调改造工程

林永添

（广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510630）

1 项目背景

1.1 工程概况

本工程为北疆某数据中心，工程地点位于新疆维吾尔自治区。大楼建筑面积约为7200m2，共1层。本数据中心共采用5台（4主1备）制冷量为1250kW的风冷冷水机组（带自然冷却），自2016年运营以来，已投产全部机房。根据现场运维人员调查，该数据中心空调系统存在以下隐患：

（1）本系统为单管路空调系统，空调系统的主管路或其阀门一旦出现问题，将会导致整个空调系统瘫痪，造成所有机房高温，数据设备全部宕机。

（2）现有空调系统已持续运行4年，无法进行在线系统检修维护，将有可能随时出现停机状况，并且在不检修维护下会导致系统制冷效率逐年降低，可能导致数据中心冷量不足，部分机房高温设备宕机。

（3）能耗极高。根据现场运维人员测试，现有空调系统能效极高，年运行PUE值为2.0。

根据本项目特点，结合现场运维部门要求，建议新建一套蒸发冷却新风空调制冷系统，与现有制冷系统形成2套相互独立、互为备份的制冷系统。

1.2 项目可行性

本项目工程地点位于新疆维吾尔自治区，属温带大陆性干旱气候；春季降水时间较多，约占全年的40%；夏季热而不闷，且日照时间长；秋季干燥凉爽，昼夜温差大；冬季严寒且漫长，如表1~表2所示。

表1 全年各级湿球温度频数

根据上面全年各级干湿球温度频数统计表，该地区全年湿球温度在20℃以下达到99.9%，干球温度在30℃以下达到97.1%，由此可得该地区蕴含大量的干空气能。

根据厂家提供资料显示，新疆室外极端湿球温度22.2℃时，对应干球温度30.8℃的条件下，多级蒸发冷却新风机组运行工况如表3所示。

表3 不同工况、效率所对应的出风温度

结论：在极端温度下，新风机组出风温度可达到20.4℃，可有效满足数据机房进风温度（18~27℃）要求。综上所述，该方案可用于本项目改造。

1.3 空调系统

1.3.1室内外设计参数（见表4~表5）

表4 室外设计参数

1.3.2空调冷负荷

本项目空调冷负荷按照工艺专业提资计算Q=Q1+Q2，冷量按照逐时逐项叠加，取最大冷负荷值选取主机。其中建筑围护结构冷负荷Q1=478kW，工艺冷负荷Q2=4378kW，则空调总冷负荷为4856kW。根据现场运维部门提供运行数据显示，数据中心现阶段负荷率较低，由于现场安装空间有限，因此，本期安装40台多级蒸发冷却新风空调机组（含4台备用），其中显冷量≥120kW机组14台（含2台备用），显冷量≥80kW机组26台（含4台备用），作为现有空调系统的备份。

表2 全年各级干球温度频数

表5 室内设计参数

表8 运行能耗估算

1.3.3空调系统流程

室外新风→多级蒸发冷却新风空调机组→室内数据→机房室外

1.3.4空调系统安装位置

多级蒸发冷却新风空调机组安装于机房屋面，通过新风竖井送至空调风柜房，由精密空调风柜送至冷通道中。风柜房回风百叶口设置电动调节阀，外墙设置轴流风机（可调）组合风墙，排风量按照新风机组的80%配置，排风口设置电动调节阀和电动保温密闭阀。新风经过服务器降温后，热风由外墙轴流排至室外，同时根据进排风温度调节回风及排风开度，部分回风与新风在风柜房混合，从而保证机房内温度恒定。在屋面设置补水箱，采用重力流补水，水箱可满足主机12h补水量，各补水箱通过环管连接起来，从市政接入两路补水管，保证补水可靠性。具体剖面图如图1所示。

图1 空调系统机房剖面

1.3.5主要设备参数表（见表6）

表6 设备

1.3.6空调系统多季节运行逻辑

本项目多级蒸发冷却多季节运行逻辑如表7所示。

2 工程特色

本项目为数据中心项目，空调系统需要全年不间断运行。改造后，一方面能解决数据中心单管路隐患，长期无法检修的问题；另一方面运用了蒸发冷却的节能技术，大大节省了空调系统的能耗。我国新疆属于世界高纬度地区，冬季平均温度极低，且持续时间漫长，利用自然冷却实现的节能效果极好。通过计算，改造后节能率达42%，具体运行能效估算表如表8所示。

表7 多级蒸发冷却多季节运行逻辑

3 结语

数据中心在国家“新基建”形式背景下，每年建设数量呈指数增长，其单位能耗几乎是民用建筑的十倍或以上，针对数据中心数量多且用能大的特点，工信部和各地政府发改委出台系列较为严格的节能措施，将新建和改造的数据中心PUE值尽量降低。空调系统的能耗约占数据中心基础设施的80%以上，故空调系统的能耗高低是衡量一个数据中心是否节能的标准。

蒸发冷却技术作为数据中心行业节能新技术，已经逐步在数据中心得到越来越广泛的应用。该项目施工完成后，通过对实际工程的研究和总结，为今后我国西北部地区数据中心利用蒸发冷却技术提供项目参考。