黃慧麗

武漢某數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

黃慧麗

（湖北聯(lián)合輕工業(yè)設(shè)計工程有限公司 武漢 430000）

介紹了武漢某數(shù)據(jù)中心項目空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。簡要闡述了該項目采用熱回收機組的節(jié)能措施。

數(shù)據(jù)中心；空調(diào)系統(tǒng)；熱回收；節(jié)能

0 工程概況

該項目位于湖北省武漢市某IDC園區(qū)，主要功能為數(shù)據(jù)中心機房及其配套設(shè)施。整個園區(qū)共三期數(shù)據(jù)機房工程，機房的建筑面積分別為6097m2（一期）、17787m2（二期）、15223m2（三期），配套辦公樓的建筑面積共12000m2。本項目為一期工程，共建有五個主機房及其配套用房（配電房、動力站、空調(diào)機房、不間斷電源系統(tǒng)用房、總控中心、消防控制室等），主機房內(nèi)部共700個20A的機柜。

園區(qū)配套的辦公樓主要是為該園區(qū)的數(shù)據(jù)中心區(qū)提供配套支持服務(wù)，滿足工作流程及安全管理的需要。

1 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計

該項目的空調(diào)系統(tǒng)為冷凍水系統(tǒng)供冷，由制冷主機產(chǎn)生溫度合適的冷凍水，通過管道送至機房末端的精密空調(diào)內(nèi)，以維持?jǐn)?shù)據(jù)機房的溫度恒定。

1.1 制冷主機

根據(jù)計算，該項目數(shù)據(jù)機房內(nèi)的700個機柜滿載運行時，服務(wù)器在一年四季的散熱量均為3080kW。在夏季，經(jīng)計算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷約為900kW，所以數(shù)據(jù)中心需要的最大制冷量約為3980kW。因此設(shè)計選用四臺400RT的水冷螺桿冷水機組（三用一備）保障數(shù)據(jù)中心的全年供冷?？紤]到整個園區(qū)12000m2的辦公樓在冬季需要約500kW的供熱量，因此其中一臺冷水機組帶熱回收功能（最大冷凝熱可達(dá)約1600kW）即可。在冬季，利用BA控制系統(tǒng)，優(yōu)先運行熱回收機組，在為數(shù)據(jù)中心供冷的同時保障辦公區(qū)域的采暖。制冷主機的單臺制冷量為1400kW，設(shè)計的空調(diào)冷凍水供回水溫度為12℃/17℃，冷卻水供回水溫度為32℃/37℃。

1.2 冷凍泵

系統(tǒng)共設(shè)置四臺變頻冷凍泵，與冷水機組一一對應(yīng)。在最不利環(huán)路設(shè)置壓差傳感器，通過供回水壓差控制水泵頻率。經(jīng)計算，冷凍水系統(tǒng)的阻力約為36mH2O，單臺冷水機組滿負(fù)荷的設(shè)計流量為240m3/h。因此選用四臺臥式端吸離心泵，流量為260m3/h，揚程為40mH2O。

1.3 冷卻泵和冷卻塔

系統(tǒng)設(shè)置四臺冷卻泵和四臺冷卻塔，與冷水機組一一對應(yīng)。冷卻泵和冷卻塔風(fēng)機均采用變頻控制。冷卻泵采用臥式端吸離心泵，流量為300m3/h，揚程為29mH2O。冷卻塔采用逆流方形冷卻塔，設(shè)在數(shù)據(jù)機房樓的屋頂。

1.4 蓄冷罐

為了保證數(shù)據(jù)機房的不間斷制冷，在空調(diào)水系統(tǒng)總供水管路上設(shè)置了兩個儲水量均為50m3的閉式蓄冷罐。在主機故障以及停電的時候能保證空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運行15分鐘。蓄冷罐一直處于充冷在線運行狀態(tài)，旁路上的閥門常閉，當(dāng)蓄冷罐故障時，開啟旁通閥，將蓄冷罐從系統(tǒng)中隔離出來。

1.5 補水定壓

系統(tǒng)采用兩臺四合一補水定壓裝置，一用一備。該設(shè)備安裝在冷凍水泵的吸入口端，定壓點的工作壓力為0.2MPa。該裝置通過水泵和壓力控制器的合理配合，以常壓隔膜罐吸收膨脹水作用，實現(xiàn)對冷凍水系統(tǒng)的及時補水和穩(wěn)定壓力的作用；通過真空脫氣罐、自動加藥設(shè)施及離子交換功能，還能實現(xiàn)對冷凍水進(jìn)行真空脫氣、加藥和軟化。

1.6 冷卻水補水

本項目采用的冷卻塔是開式冷卻塔，所以系統(tǒng)運行的時候由于冷卻水系統(tǒng)需要較大的補水量。一旦補水不及時，就可能會導(dǎo)致冷水機組停機，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)機房溫度升高，服務(wù)器可能會宕機。為保證冷卻水的連續(xù)供應(yīng)，本系統(tǒng)設(shè)計了兩條補水管路，一路為市政補水，另一路設(shè)置補水池補水。補水池的儲水量滿足空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運行時12小時的補水量。經(jīng)計算，補水池的容積為150m3，考慮到補水池的檢修問題，將其分割成相互獨立的兩個75m3的補水池。補水池設(shè)置在主機樓室外，埋地設(shè)置。

2 水系統(tǒng)設(shè)計

該項目空調(diào)水系統(tǒng)原理圖見圖1。為保障數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的運行環(huán)境安全，水系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計，整個水系統(tǒng)管路沒有單點故障，系統(tǒng)中的任一組件都可以從服務(wù)中拆除或測試，這種維護(hù)不會造成制冷中斷或供冷不足，不會對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的運行產(chǎn)生影響。冷凍水系統(tǒng)采用一次泵、變流量系統(tǒng)。

3 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)GB 50174—2017的要求，主機房應(yīng)維持正壓，主機房與其他房間、走廊的壓差不宜小于5Pa，與室外靜壓差不宜小于10Pa。同時需要滿足在機房內(nèi)的工作人員的健康要求。每個機房設(shè)置一臺新風(fēng)機組，風(fēng)機變頻驅(qū)動，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，維持機房所需正壓。新風(fēng)機組為熱泵機組，夏季對新風(fēng)降溫除濕、冬季將新風(fēng)加熱至露點溫度以上。新風(fēng)系統(tǒng)還裝有初、中效過濾器，以保證進(jìn)入室內(nèi)的空氣潔凈度符合要求。

3.2 事故排風(fēng)和災(zāi)后清空系統(tǒng)

數(shù)據(jù)機房和配電房等設(shè)置了氣體滅火的房間，需要設(shè)置災(zāi)后清空系統(tǒng)，本項目設(shè)計的災(zāi)后清空系統(tǒng)與事故排風(fēng)系統(tǒng)合二為一。

4 末端空調(diào)

數(shù)據(jù)機房的精密空調(diào)機組安裝于獨立的空調(diào)機房內(nèi)，同機架排列方向垂直，機組向活動地板下供應(yīng)冷空氣，并通過開孔地板向封閉冷通道輸送冷空氣。熱通道內(nèi)的熱空氣回到機組。為保障數(shù)據(jù)機房的濕度恒定在50%左右，特設(shè)置濕膜加濕器。

UPS及電池間的精密空調(diào)自帶加濕功能，采用風(fēng)管上送風(fēng)的方式將冷空氣送至UPS及電池區(qū)域，熱風(fēng)從下部回到空調(diào)機組。

高壓配電房采用機房專用空調(diào)（風(fēng)冷直膨式）。

其他輔助間空調(diào)采用風(fēng)機盤管系統(tǒng)。

5 節(jié)能措施的應(yīng)用

5.1 采用高溫冷源

提高空調(diào)冷凍水溫度至12℃/17℃，大幅度提高了制冷主機的COP值。

5.2 變頻水泵和變頻風(fēng)機

該系統(tǒng)的冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔的風(fēng)機均為變頻控制，可根據(jù)末端的負(fù)荷自動調(diào)節(jié)頻率，降低轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能效果。

末端精密空調(diào)采用EC風(fēng)機，當(dāng)制冷需求變大時，通過變頻控制增大EC風(fēng)機轉(zhuǎn)速，加大冷量輸出；當(dāng)制冷需求變小時，降低EC風(fēng)機轉(zhuǎn)速，減小冷量輸出。當(dāng)無制冷需求時，變頻空調(diào)關(guān)閉，EC風(fēng)機保持最低轉(zhuǎn)速運行。

5.3 熱回收機組的應(yīng)用

本項目采用了一臺帶熱回收功能的制冷主機。在冬季，利用該熱回收機組回收數(shù)據(jù)機房的熱量用于園區(qū)的辦公樓（12000m2）采暖。

熱回收系統(tǒng)原理圖見圖2。本項目采用的部分熱回收機組與普通的冷水機組的主要區(qū)別是具有兩組冷凝器：標(biāo)準(zhǔn)冷凝器（冷凝器1）和熱回收冷凝器（冷凝器2）。兩組冷凝器的冷卻水管相互隔離，標(biāo)準(zhǔn)冷凝器內(nèi)部的冷凝水通過冷卻塔散熱，而熱回收冷凝器內(nèi)部的冷凝水則在冬季通過采暖泵送入辦公樓末端的風(fēng)機盤管，用于辦公樓采暖。

在非采暖季節(jié)，閥門V3、V4關(guān)閉，V1、V2打開，所有的冷凝熱通過冷卻塔散到室外大氣中。在冬季，當(dāng)熱回收機組滿載時，V1、V2、V3、V4均打開，兩套冷卻水系統(tǒng)同時運行，一部分熱量通過冷卻塔散走，另一部分熱量送至辦公樓采暖。當(dāng)出水溫度低于所需要的采暖溫度（如45℃）時，控制三通閥的開度，讓標(biāo)準(zhǔn)冷凝器側(cè)的冷卻水大部分通過旁通管重新回到冷凝器內(nèi)，而不是通過冷卻塔散熱。這樣做，就可以保證辦公樓的采暖量供應(yīng)。

圖2 熱回收系統(tǒng)原理圖

6 結(jié)論

本文以武漢某數(shù)據(jù)中心為例，總結(jié)了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的特點。由于數(shù)據(jù)機房對環(huán)境的穩(wěn)定性要求較高，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)設(shè)計在很多方面較傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)不同，比如空調(diào)冗余設(shè)計、蓄冷罐設(shè)計、冷卻水補水池設(shè)計、冷凍水系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)設(shè)計、機房內(nèi)封閉冷通道設(shè)計等。同時，由于數(shù)據(jù)機房散熱量過高，例如本項目700個機柜滿載運行的散熱量達(dá)3000kW，如何將這部分熱量有效利用，也將成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的主要研究方向。

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Design of Air Conditioning System for a Data Center in Wuhan

Huang Huili

( Hubei United Light Industry Design Engineer Co., Ltd, Wuhan, 430000 )

This paper introduces the design of the cold and heat source, water system and wind system of a data center air conditioning system in Wuhan. The energy saving measures for the heat recovery unit of the project are briefly described.

date center; air conditioning system; heat recovery; energy conservation

TU8

A

1671-6612（2019）05-517-04

黃慧麗（1984.03-），女，碩士，工程師，E-mail：153458743@qq.com

2019-01-04