林燕群

（廣東海外建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510075）

1 概況

目前很多數(shù)據(jù)中心機(jī)房普遍采用風(fēng)管上送風(fēng)的空調(diào)方式（下文簡(jiǎn)稱為“上送風(fēng)機(jī)房”），由于上送風(fēng)機(jī)房的特點(diǎn)是冷風(fēng)從機(jī)房的上部送出，下部回風(fēng)，先冷卻環(huán)境，再冷卻設(shè)備，在與機(jī)柜上部的熱空氣混合時(shí)，兩股冷熱氣流交織一起，冷熱量互相抵消，不能有效地降低室內(nèi)溫度，能源利用效率低，不利于機(jī)房節(jié)能。另外，數(shù)據(jù)中心機(jī)房在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，采用上送風(fēng)空調(diào)機(jī)房的冷風(fēng)是分配在整個(gè)機(jī)房的大空間內(nèi)，對(duì)所有機(jī)柜統(tǒng)一在外部進(jìn)行冷卻，沒(méi)有把冷量具體分配到每個(gè)機(jī)柜門(mén)內(nèi)，機(jī)柜冷卻效果不好，會(huì)導(dǎo)致機(jī)柜或者機(jī)房?jī)?nèi)溫度升高，以致有可能會(huì)影響局部通信設(shè)備，使得設(shè)備出現(xiàn)高溫報(bào)警，存在設(shè)備停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)和加速老化的問(wèn)題。

所以，針對(duì)這種舊有上送風(fēng)機(jī)房進(jìn)行節(jié)能改造迫在眉睫，考慮到盡量不影響到機(jī)房?jī)?nèi)原有機(jī)柜的擺放，以及改動(dòng)機(jī)房?jī)?nèi)部格局和造價(jià)等各個(gè)方面的因素問(wèn)題，此次對(duì)數(shù)據(jù)中心舊有機(jī)房的節(jié)能改造方案采用精確送風(fēng)的空調(diào)方式，即在原有上送風(fēng)主風(fēng)管上，接出二級(jí)風(fēng)管，直接往機(jī)柜內(nèi)送風(fēng)，達(dá)到精確送風(fēng)的目的。

本次數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能改造工程，先對(duì)一部分地區(qū)機(jī)房進(jìn)行改造，后陸續(xù)再對(duì)其他地區(qū)機(jī)房進(jìn)行改造，一階段預(yù)計(jì)投資約466 萬(wàn)元人民幣，改造前先對(duì)機(jī)房進(jìn)行查勘，確認(rèn)是否可以進(jìn)行改造，以及改造對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部的機(jī)柜、線槽、燈盤(pán)等的影響程度。本次確定改造的機(jī)房涉及廣東省6 個(gè)地市，包含廣州、珠海、佛山、肇慶、云浮、汕頭等。

2 精確送風(fēng)技術(shù)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)查勘

本次查勘了廣東省各地區(qū)的二十幾個(gè)機(jī)樓，共需改造機(jī)柜總數(shù)為1 095 個(gè)，其中部分機(jī)樓的交換機(jī)房機(jī)柜數(shù)量較少，散熱量較小，不建議進(jìn)行改造；部分機(jī)樓C 網(wǎng)核心機(jī)房機(jī)柜屬于前面進(jìn)風(fēng)，上面出風(fēng)型，一個(gè)機(jī)柜里總共有3 層機(jī)器，最底層溫度大概為27 ℃，最上層溫度約為40 ℃，若采用精確上送風(fēng)，對(duì)設(shè)備的冷卻效果不是很好，故也不建議改造。以下列出幾個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)樓［1］的查勘情況：

2.1.1 某機(jī)樓國(guó)際交換機(jī)房

⑴改造范圍：機(jī)房?jī)?nèi)所有可改造機(jī)柜（見(jiàn)圖1）。

⑵機(jī)房情況：機(jī)房總面積280 m2，機(jī)房總用電量:最大供電功率直流29 kW，交流11 kW。

⑶機(jī)柜情況：需改造機(jī)柜總數(shù)101 個(gè)，總共10列，每列間距1 m，機(jī)組高2.2 m，寬0.6 m，機(jī)柜的總用電功率為80 kW，機(jī)柜頂距風(fēng)管距離為0.9 m。

圖1 交換機(jī)房機(jī)柜平面圖Fig.1 Switch Room Cbinet Floor Plan

⑷空調(diào)情況：空調(diào)送風(fēng)方式為上送風(fēng)，送風(fēng)口布置在兩列機(jī)柜中間，機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)（精密空調(diào)）總共6 臺(tái)，每臺(tái)制冷功率為150 kW，送風(fēng)量為30 000 m3/h，實(shí)際用電功率46 kW。

2.1.2 某機(jī)樓數(shù)據(jù)機(jī)房

⑴改造范圍：機(jī)房?jī)?nèi)所有可改造機(jī)柜。

⑵機(jī)房情況：機(jī)房總面積312 m2。

⑶機(jī)柜情況：需改造機(jī)柜總數(shù)119 個(gè)，總共9列，每列間距1 m，機(jī)組高2.6 m，寬0.6 m，機(jī)柜總用電功率150 kW，機(jī)柜頂距風(fēng)管距離為0.6 m。

⑷空調(diào)情況：空調(diào)送風(fēng)方式為上送風(fēng)，送風(fēng)口布置在兩列機(jī)柜中間，機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)（精密空調(diào)）總共8 臺(tái)，6 主 2 備，每臺(tái)制冷功率為140 kW，送風(fēng)量為25 000 m3/h。

以上機(jī)房冷量復(fù)核后均滿足要求，但是存在機(jī)房冷量分配不均，機(jī)房環(huán)境溫度過(guò)高等問(wèn)題，對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利，故列入此次改造范圍內(nèi)。

2.2 負(fù)荷計(jì)算

數(shù)據(jù)中心機(jī)房均應(yīng)進(jìn)行逐時(shí)逐項(xiàng)冷負(fù)荷計(jì)算［2］，機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜的散熱量等應(yīng)根據(jù)通信工藝等資料為設(shè)計(jì)依據(jù)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明、人體散熱、新風(fēng)等形成的冷負(fù)荷，按相關(guān)規(guī)范要求的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算確定。電子設(shè)備散熱量計(jì)算公式如下［3-4］：

式中：Q 為散熱量（W）；N 為電子設(shè)備的安裝功率（kW）；n1為利用系數(shù)（安裝系數(shù)），是電子設(shè)備最大實(shí)耗功率與安裝功率之比，一般可取0.7～0.9，可用于反映安裝功率的利用程度；n2為同時(shí)使用系數(shù)，是房間內(nèi)電子設(shè)備同時(shí)使用的安裝功率與總安裝功率之比，根據(jù)工藝過(guò)程的設(shè)備使用情況而定，一般為0.5～0.8；n3為負(fù)荷系數(shù)，是每小時(shí)的平均實(shí)耗功率與設(shè)計(jì)最大實(shí)耗功率之比，它反映了平均負(fù)荷達(dá)到最大負(fù)荷的程度，對(duì)于已給出實(shí)測(cè)的實(shí)耗功率值的電子計(jì)算機(jī)可取1.0，一般儀表取 0.5～0.9。

對(duì)于沒(méi)有詳細(xì)的設(shè)備布置和設(shè)備參數(shù)等數(shù)據(jù)的交換機(jī)房、傳輸機(jī)房、電力電池室等，現(xiàn)提供《區(qū)域節(jié)點(diǎn)機(jī)樓動(dòng)力及空調(diào)配套標(biāo)準(zhǔn)》［5］提供的冷負(fù)荷估算指標(biāo)供參考：交換機(jī)房416 W/m2，傳輸機(jī)房235 W/m2，電力電池室406 W/m2。

2.3 精確送風(fēng)系統(tǒng)

2.3.1 精確送風(fēng)原理

精確送風(fēng)技術(shù)是將上送風(fēng)空調(diào)機(jī)房送出的冷風(fēng)，通過(guò)風(fēng)管、送風(fēng)器、調(diào)節(jié)器等裝置將冷風(fēng)直接送入機(jī)柜內(nèi)，達(dá)到精確送風(fēng)的目的，這種采用全封閉冷風(fēng)管道送風(fēng)的方式，其工作原理如圖2［6-7］所示?？照{(diào)機(jī)組送出的冷風(fēng)，經(jīng)過(guò)靜壓箱、主風(fēng)管、再經(jīng)過(guò)支風(fēng)管，精確地送到各個(gè)機(jī)柜門(mén)內(nèi)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻。各支風(fēng)管均安裝有調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制每個(gè)機(jī)柜的送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)?；仫L(fēng)可保留原來(lái)的方式，即利用空調(diào)機(jī)房側(cè)回風(fēng)，不需要進(jìn)行改造。

圖2 機(jī)柜精確送風(fēng)原理圖Fig.2 Cabinet Accurate Air Supply Schematic

2.3.2 精確送風(fēng)系統(tǒng)

精確送風(fēng)系統(tǒng)分為上送風(fēng)系統(tǒng)和下送風(fēng)系統(tǒng)，本改造工程均采用精確上送風(fēng)，但是對(duì)于往后一些新建通信機(jī)樓，也可考慮采用精確下送風(fēng)系統(tǒng)。

精確下送風(fēng)系統(tǒng)，利用架空地板形成的空間作為靜壓箱［8］，通過(guò)機(jī)柜底部設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)需要精確調(diào)節(jié)送入機(jī)柜的送風(fēng)量，回風(fēng)采用上回風(fēng)方式，這樣形成了明確的冷熱通道，因而可以適當(dāng)?shù)靥岣呋仫L(fēng)溫度，回風(fēng)溫度可按干球溫度25 ℃，回風(fēng)相對(duì)濕度按50%設(shè)計(jì)。

采用架空地板作為送風(fēng)靜壓箱需注意架空地板內(nèi)不能走線，并且需做好架空地板的保溫工作，避免冷量泄露和結(jié)露現(xiàn)象。

2.3.3 精確送風(fēng)設(shè)計(jì)實(shí)例

對(duì)于以上查勘后確定改造的機(jī)房，進(jìn)一步進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，先復(fù)核其冷負(fù)荷是否滿足實(shí)際機(jī)房發(fā)熱需求，不滿足要求的需增設(shè)空調(diào)機(jī)組，然后再對(duì)機(jī)柜進(jìn)行二級(jí)風(fēng)管改造。改造后，機(jī)柜能充分地進(jìn)行熱交換，冷卻效果較改造前好，一般改造前進(jìn)入機(jī)柜的冷風(fēng)溫度會(huì)比精確送風(fēng)的溫度高，排出溫度也高，導(dǎo)致機(jī)房過(guò)熱。按照以往的做法，大多采用增加空調(diào)臺(tái)數(shù)、加大冷量的方式或者人為地降低空調(diào)溫度［9］來(lái)解決，從而造成很大的冷量浪費(fèi)。因而精確送風(fēng)技術(shù)，可以很好地解決這一問(wèn)題（見(jiàn)圖3）。

圖3 精確送風(fēng)風(fēng)管改造剖面及改造后實(shí)物圖Fig.3 Precise Air Supply Duct Reconstruction Profile and Wind Pipe Physical Map after Transformation

2.3.4 風(fēng)管安裝

⑴本工程為改造工程，受限于機(jī)房?jī)?nèi)各種管線的影響，風(fēng)管安裝時(shí)需現(xiàn)場(chǎng)量好尺寸，做好精確定位，以免對(duì)其他設(shè)備造成影響；

⑵風(fēng)管施工前，應(yīng)對(duì)機(jī)房進(jìn)行保護(hù)措施，防止對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備造成損壞；

⑶二級(jí)風(fēng)管安裝時(shí)，看是否有線槽、燈盤(pán)遮擋，如有遮擋，盡量做到對(duì)線槽和燈盤(pán)的影響降到最低。

⑷二級(jí)風(fēng)管及進(jìn)柜風(fēng)管安裝完畢后，再進(jìn)行風(fēng)口拆除及封堵工作。

2.3.5 日常維護(hù)

日常維護(hù)中，需要定期檢查空調(diào)系統(tǒng)是否運(yùn)行良好，各個(gè)機(jī)柜散熱是否正常；還需要定期檢查風(fēng)管等是否有密封不嚴(yán)的現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。

3 精確送風(fēng)實(shí)際運(yùn)行效果

通過(guò)部分通信機(jī)房進(jìn)行的試點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)舊有機(jī)房上送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行精確送風(fēng)節(jié)能改造，取得了良好的運(yùn)行效果，該技術(shù)目前已經(jīng)在大部分上送風(fēng)機(jī)房采用?？照{(diào)系統(tǒng)節(jié)電預(yù)計(jì)可達(dá)19.3%［10］。精確送風(fēng)技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

⑴傳統(tǒng)上送風(fēng)系統(tǒng)先冷卻機(jī)房，再冷卻設(shè)備，容易導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)局部環(huán)境過(guò)熱，設(shè)備溫度過(guò)高，采用精確送風(fēng)技術(shù)，直接冷卻設(shè)備，可以達(dá)到或接近下送風(fēng)系統(tǒng)的冷卻效果；

⑵采用精確送風(fēng)技術(shù)，有效隔離了設(shè)備的冷熱通道，氣流組織更合理，有效解決上送風(fēng)機(jī)房部分服務(wù)器溫度過(guò)高的問(wèn)題，消除局部熱島現(xiàn)象；

⑶風(fēng)道采用可控制設(shè)計(jì)，可根據(jù)設(shè)備的發(fā)熱量大小來(lái)調(diào)整送風(fēng)量，減少冷量損失，使送風(fēng)更有針對(duì)性和使用性；

⑷精確送風(fēng)二級(jí)風(fēng)管安裝美觀方便，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)其他管道及線槽影響不大，對(duì)機(jī)房空間凈高的要求與上送風(fēng)機(jī)房一樣。

4 結(jié)論

本文主要介紹了精確送風(fēng)的原理以及系統(tǒng)組成，通過(guò)列舉幾個(gè)工程實(shí)例，分析了精確送風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用效果，其中對(duì)于老舊上送風(fēng)機(jī)房存在局部機(jī)柜過(guò)熱的現(xiàn)象，可采用精確送風(fēng)技術(shù)解決。對(duì)于新建機(jī)房，可根據(jù)規(guī)劃要求或者通信機(jī)房安保部門(mén)等的要求，采用地板下送風(fēng)或者精確送風(fēng)技術(shù)（精確上送風(fēng)或者精確下送風(fēng)）?？傊瑪?shù)據(jù)中心機(jī)房發(fā)熱量較大，單位面積冷負(fù)荷也較大，傳統(tǒng)的上送風(fēng)機(jī)房很難滿足機(jī)房設(shè)備的散熱需求，且空調(diào)能耗較大，因而迫切地需要進(jìn)行上送風(fēng)機(jī)房的節(jié)能改造，采用精確送風(fēng)技術(shù)，可以更精準(zhǔn)地給設(shè)備冷卻，達(dá)到更好的節(jié)能效果。尤其在能源日益緊缺的今天，空調(diào)節(jié)能將成為一種趨勢(shì)，以最優(yōu)的方案，最省的投資，最節(jié)能的系統(tǒng)，達(dá)到最好的冷卻效果，是暖通設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。