數(shù)據(jù)中心工程暖通系統(tǒng)的節(jié)能措施

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本文主要從節(jié)能的角度出發(fā)，重點(diǎn)闡述可行的節(jié)能措施，針對(duì)具體工程，可根據(jù)實(shí)際情況選取合理的節(jié)能措施形成一個(gè)完整的、有針對(duì)性的空調(diào)系統(tǒng)。

充分利用室外氣候條件

由于數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行時(shí)間為全年不間斷運(yùn)行，所以要求空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行，但是在北方地區(qū)，過渡季及冬季室外空氣可以作為天然冷源加以利用，從而極大地降低機(jī)械制冷系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間及費(fèi)用?？衫玫牟糠肿匀焕鋮s和完全自然冷卻的時(shí)間越長，全年平均的PUE值就越低，意味著越節(jié)能。對(duì)于采用冷卻塔供冷的系統(tǒng)來說，當(dāng)室外濕球溫度降低到某一值時(shí)，使得冷卻水供水溫度低于冷凍水回水溫度2℃時(shí)，便開始啟動(dòng)部分自然冷卻模式，冷凍水回水經(jīng)板換另一側(cè)的冷卻水冷卻降溫后再進(jìn)入制冷機(jī)組，相當(dāng)于降低了冷機(jī)的負(fù)載率，從而降低了冷機(jī)的壓縮機(jī)功率，達(dá)到節(jié)能的目的；當(dāng)室外濕球溫度持續(xù)降低，使得冷凍水回水經(jīng)板換另一側(cè)的冷卻水冷卻降溫后溫度達(dá)到設(shè)計(jì)供水溫度，此時(shí)，進(jìn)入完全自然冷卻模式，停止冷機(jī)，完全由冷卻塔承擔(dān)所有負(fù)荷。對(duì)于采用換熱機(jī)組等風(fēng)側(cè)自然冷卻的系統(tǒng)來說，我們主要利用室外干球溫度，當(dāng)室外干球溫度低于室內(nèi)設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度2℃時(shí)，便可以啟動(dòng)風(fēng)側(cè)自然冷卻的功能，而對(duì)于一些干熱地區(qū)(西北地區(qū)氣候條件)，可通過在室外空氣進(jìn)入換熱機(jī)組前加噴淋裝置，使得室外空氣的換熱溫度盡可能的接近濕球溫度，從而延長自然冷卻的時(shí)間。

設(shè)備的變頻

(1)制冷空調(diào)系統(tǒng)中，耗電最大的設(shè)備應(yīng)該是制冷機(jī)組，采用變頻冷機(jī)不僅可以在部分負(fù)荷時(shí)降低壓縮機(jī)功率，而且隨著室外濕球溫度的降低，進(jìn)入制冷機(jī)組的冷卻水溫度降低，可大大提高冷機(jī)的COP值，另外，在數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)中冷機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間直接影響蓄冷罐的選型，而冷機(jī)變頻可大大縮減啟動(dòng)時(shí)間，從而減小蓄冷罐的配備容量；(2)水泵建議設(shè)置為變頻泵，其頻率由末端最不利環(huán)路的壓差控制，當(dāng)末端負(fù)荷減小時(shí)，水泵頻率相應(yīng)減小，從而節(jié)省水泵耗電；(3)末端空調(diào)的風(fēng)機(jī)設(shè)置為EC風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)架空地板內(nèi)靜壓或回風(fēng)溫度控制，從而節(jié)省大量風(fēng)機(jī)耗電；(4)冷卻塔風(fēng)機(jī)采用變頻風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)室外濕球溫度控制，從而節(jié)省大量風(fēng)機(jī)耗電。

合理的氣流組織

數(shù)據(jù)中心主機(jī)房的氣流組織設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，其目的是防止冷熱風(fēng)的混合，對(duì)于單機(jī)柜熱密度在5kW以下的情況，可考慮按照冷熱通道的設(shè)計(jì)原則；對(duì)于單機(jī)柜熱密度在5kW以上的情況，可考慮按照封閉冷熱通道的設(shè)計(jì)原則，對(duì)于究竟是封閉冷通道還是封閉熱通道，目前國內(nèi)封閉冷通道的占多數(shù)，但是隨著室內(nèi)設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度不斷的提高，建議封閉熱通道，一方面考慮人所處的環(huán)境舒適性，另一方面封閉熱通道可以降低由機(jī)柜自身而造成的漏風(fēng)率。而對(duì)于傳統(tǒng)的架空地板送風(fēng)模式，由于開孔地板有一定的阻力損失，需要風(fēng)機(jī)更大的壓頭，從而增大風(fēng)機(jī)的功耗，且對(duì)于高密度機(jī)柜來說，架空地板的承重受到限制，所以建議取消架空地板，采用側(cè)送風(fēng)的方式與封閉熱通道配合使用，可最大程度的優(yōu)化氣流組織。

合理的送風(fēng)溫濕度參數(shù)

數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房送風(fēng)溫濕度參數(shù)主要與IT設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求有關(guān)，我國數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]對(duì)主機(jī)房的溫濕度要求見表1。但并未明確具體指哪里的溫度，對(duì)于冷熱通道封閉的情況，則不適用，此時(shí)，我們可參照美國ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)[2]，其規(guī)定IT機(jī)房內(nèi)的送風(fēng)溫度范圍18～27℃，露點(diǎn)溫度范圍5.5～15℃，在確定送風(fēng)溫濕度時(shí)，在推薦范圍內(nèi)，可盡可能地提高溫度，從而可相應(yīng)地提高冷凍水供水溫度，不僅可以大幅提高冷機(jī)的COP值，還可以提高自然冷卻的室外溫度設(shè)定點(diǎn)，延長自然冷卻的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的。而濕度的設(shè)置由于冷熱通道的相對(duì)濕度不同，所以，可通過露點(diǎn)溫度控制，一般可設(shè)定露點(diǎn)溫度在11.5℃左右。

最優(yōu)化新風(fēng)處理

數(shù)據(jù)中心主機(jī)房由于對(duì)環(huán)境的潔凈度有一定的要求，所以主機(jī)房一般保持5～10Pa的正壓，折換成新風(fēng)的換氣次數(shù)約1次/h，對(duì)于新風(fēng)的處理，夏季比較簡單，為簡單的除濕過程；但在冬季，由于室外空氣的干球溫度均低于室內(nèi)設(shè)定的露點(diǎn)溫度，且含濕量低于室內(nèi)空氣的含濕量，所以冬季室外空氣的處理過程為加熱加濕，對(duì)于加熱，目前的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀為熱水加熱主用，電加熱備用，這顯然造成了不合理的能源利用。對(duì)于新風(fēng)的加熱，可考慮采用換熱機(jī)組，新風(fēng)機(jī)房近IT機(jī)房旁邊，利用IT機(jī)房內(nèi)的回風(fēng)加熱新風(fēng)，不僅可大大降低新風(fēng)加熱的耗熱量，還可以減小末端空調(diào)的負(fù)荷，從而減小末端空調(diào)的風(fēng)機(jī)功耗；對(duì)于加濕，一般采用等溫加濕(電熱式或電極式)和等焓加濕(濕膜加濕)，電熱或電極式加濕雖然控制精度高，但耗電量大，對(duì)于一些沒有專用空調(diào)機(jī)房的情況可以采用，但假如IT機(jī)房面積較大，新風(fēng)加濕量大，且有專門的空調(diào)機(jī)房，建議在回風(fēng)處設(shè)置濕膜加濕器，以大幅度節(jié)約電能(見圖1)。

BMS(BuildingManagementSystem)系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)于數(shù)據(jù)中心工程的暖通系統(tǒng)來講，為全年不間斷運(yùn)行，且中間存在機(jī)械制冷與自然冷卻的切換、冷機(jī)的加載與減載等，這些依靠運(yùn)營人員進(jìn)行操作是不現(xiàn)實(shí)的，一套完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可以減少運(yùn)維人員的操作量，而且可以根據(jù)控制條件進(jìn)行精確的模式切換、加減載，使節(jié)能達(dá)到最大化。

暖通設(shè)備的總裝機(jī)容量

盡管暖通設(shè)備的總裝機(jī)容量與暖通設(shè)備的節(jié)能并無關(guān)系，但卻會(huì)影響電氣設(shè)備的配置情況，例如可能會(huì)增大變壓器、UPS的容量，增大通過電纜的電流，而這些變化均會(huì)造成電氣設(shè)備的損耗增加，同時(shí)增加了空調(diào)需要承擔(dān)的負(fù)荷，所以，對(duì)于暖通設(shè)備的選型，應(yīng)盡可能地按照詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行，使得設(shè)備選型準(zhǔn)確，不應(yīng)隨意增大安全系數(shù)。

水冷背板和干冷盤管

水冷背板和干冷盤管的共同點(diǎn)是冷凍水直接進(jìn)入IT設(shè)備后部或上部的冷卻盤管，相當(dāng)于省去了末端空調(diào)的風(fēng)機(jī)，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的PUE影響甚大，節(jié)能效果非常明顯。在國外，一些著名的IT公司自營的數(shù)據(jù)機(jī)房有相當(dāng)一部分采用了這些技術(shù)。但是，目前國內(nèi)運(yùn)營商多數(shù)不能接受水管進(jìn)入IT機(jī)房內(nèi)，所以此項(xiàng)技術(shù)在中國并沒有大面積推廣，相信隨著人們認(rèn)識(shí)的改變，技術(shù)的不斷成熟，運(yùn)行費(fèi)用的顯著差異，這些技術(shù)會(huì)逐漸在中國推廣開來。

結(jié)語

以上主要從節(jié)能的角度對(duì)數(shù)據(jù)中心工程中暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能點(diǎn)進(jìn)行了一些分析與總結(jié)，每一種節(jié)能措施有其對(duì)應(yīng)的應(yīng)用條件，針對(duì)具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，我們可以從不同的角度分析其特點(diǎn)，靈活應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)，包括技術(shù)的分拆、組合，最終制定一個(gè)適合于特定項(xiàng)目的最佳方案。作為IT設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施，必須適應(yīng)IT技術(shù)的更新，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信我們的空調(diào)制冷系統(tǒng)還會(huì)有巨大的變化，作為一個(gè)數(shù)據(jù)中心的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該實(shí)時(shí)了解IT設(shè)備的更新情況，從而調(diào)整我們的設(shè)計(jì)思路，使得空調(diào)系統(tǒng)更具有針對(duì)性、先進(jìn)性。（本文作者：陳波 單位：天津喜邦建筑工程設(shè)計(jì)有限公司）