吳學淵，嚴 政

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東廣州 510000）

1 工程概述

1.1 建筑概況

本工程為北疆某數(shù)據(jù)中心，建筑地上4 層，建筑高度22.8m，建筑面積11320m2。首層為高低壓配電用房、空調換熱機房、油機房等配套用房，2～4 層為數(shù)據(jù)機房及電力電池用房。

1.2 氣候概況

該地區(qū)位于天山北麓，亞歐大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱氣候；降水主要集中在春季，約占全年降水的40%；夏季熱而不悶，且日照時間長；秋季干燥涼爽，且晝夜溫差大；冬季嚴寒且漫長。

2 空調冷源

2.1 空調系統(tǒng)冷負荷

通過計算得到大樓空調冷負荷為7300kW，其中設備負荷為6600kW，建筑圍護結構負荷為700kW，設備負荷約占總負荷的90%。

根據(jù)中國氣候條件，長江以北廣大地區(qū)，隨著緯度增加，自然冷源利用時間越長；春季、秋季、冬季等可以部分甚至全部替代壓縮機運行，利用自然冷源降溫可以達到很好的節(jié)能效果。自然冷源可適用范圍見圖1，從圖1 可以看出隨著緯度增加，自然冷源利用時間越長。

圖1 烏魯木齊市全年各級干球溫度頻數(shù)

空調系統(tǒng)采用板式換熱器將制冷主機側和空調末端側分開成兩個系統(tǒng)?？照{末端側冷凍水采用12/18℃的高水溫、制冷主機側冷凍水采用11/16℃的高水溫、大溫差的冷凍水系統(tǒng)，在保證空調冷量的前提下減少空調主機、冷凍水泵的能耗，高水溫也適應數(shù)據(jù)中心的負荷以顯熱為主的特點，減少空調系統(tǒng)不必要的除濕能耗，真正實現(xiàn)安全節(jié)能。

另外，我國新疆烏魯木齊屬于世界高緯度地區(qū)，冬季平均溫度極低，且持續(xù)時間漫長，利用自然冷卻實現(xiàn)的節(jié)能效果極好。圖1 為烏魯木齊市全年各級干球溫度頻數(shù)，烏魯木齊市全年約有3800h 的時間在5℃以下，全年可利用的自然冷卻時間長，采用自然冷卻技術可以大大降低運行成本，降低系統(tǒng)的PUE 值。

風冷冷水機組冬季供冷的方式是利用主機側自然冷卻的技術，即風冷冷水機組自帶自然換熱系統(tǒng)。冷水機組模式：完全依靠壓縮機制冷；混合運行模式：春、秋過渡季節(jié)，通過自然冷源盤管預冷，根據(jù)進水溫度與室外環(huán)境溫度之差決定壓縮機運行時間；免費制冷模式：冬季運行期間，環(huán)境溫度低于5℃時，整個制冷系統(tǒng)切換到自然冷源方式，壓縮機將不再工作，達到節(jié)能目的。

工作原理：在過渡季節(jié)（室外干球溫度小于等于20℃），主機采用部分自然冷卻。在冬季（室外干球溫度小于等于5℃），主機完全采用自然冷卻，免費制冷。在其他季節(jié)，室外溫度較高，風冷主機開啟制冷壓縮機正常制冷。

2.2 空調冷源選擇

針對本工程，對中央空調水冷冷凍水系統(tǒng)和中央空調風冷冷凍水系統(tǒng)進行具體數(shù)值的對比，如表1 所示。

表1 兩種方案對比

2.3 系統(tǒng)方案確定

考慮到大樓屋面及室外空地面積有限、當?shù)厝赀^渡季節(jié)及冬季漫長、工程所在區(qū)域水資源缺乏且供水保障能力較差等因素，大樓采用中央空調風冷冷凍水系統(tǒng)。主機采用風冷冷凍水機組（帶自然冷源），置于屋面。風冷主機在室外干球溫度小于20℃時進行部分自然冷卻，室外干球溫度小于5℃時進行完全自然冷卻，從而降低主機能耗。具體設備選型如表2 所示。

表2 空調主設備

3 節(jié)能技術措施

3.1 二級泵系統(tǒng)

為保證屋面冷凍水系統(tǒng)在冬季的安全運行，冷源側采用體積濃度為52%的乙二醇溶液，能滿足當?shù)貧v史出現(xiàn)的極端溫度（零下40℃）冷凍水不結冰?？紤]到乙二醇屬易燃易爆有毒危險化學品、遇明火易發(fā)生爆炸且乙二醇防凍液在使用中易生成酸性物質，對金屬有腐蝕作用、換熱效率低于清水，為保證冷凍水系統(tǒng)內乙二醇溶液流通范圍做到最小本方案采用二級泵系統(tǒng)，冷源側采用乙二醇水溶液，負荷側采用清水，兩者之間利用板式換熱器進行換熱，換熱系統(tǒng)置于首層換熱站。冷源側供回水溫度為10.5/16.5℃，負荷側供回水溫度為12/18℃，

3.2 冷凍水環(huán)路及蓄冷模式

空調管路系統(tǒng)采用兩路冷凍水立管，各層采用冷凍水環(huán)路，可以實現(xiàn)空調設備及冷凍水管可互為備用，空調水路每個節(jié)點設置雙閥，保證空調系統(tǒng)能夠在線維護，安全可靠。

系統(tǒng)采用高效的空調蓄冷模式，設置2 個有效容積32m3閉式蓄冷水罐在線運行，保證15min 不間斷供冷。保證系統(tǒng)運行安全。數(shù)據(jù)中心在初期運行時，機柜實際負荷很小，通過設置的蓄冷罐對系統(tǒng)冷量進行調節(jié)，可以避免冷水機組由于負荷低而頻繁啟動，降低對主機的傷害，甚至可以使冷水機組在低負荷時段內停止工作，利用蓄冷罐冷凍水的對末端空調設備進行供冷，提高系統(tǒng)運行效率。

4 結語

自然冷卻技術在北方大型數(shù)據(jù)中心的應用越來越廣泛，依托自然冷源的優(yōu)勢，實現(xiàn)免費供冷。如今，中央空調風冷冷凍水系統(tǒng)在西北地區(qū)數(shù)據(jù)中心的應用也較為廣泛，所以其中各個節(jié)能技術的相互配合，以及在極端天氣下的防護措施都尤為重要，通過本工程實踐總結為今后自然冷卻技術在大型數(shù)據(jù)中心中的應用提供設計參考。采用該項技術后，大樓空調系統(tǒng)節(jié)能率可提高13.5%，全年可節(jié)約電量約568 萬kW·h，減少二氧化碳排放量約180 萬kg。