数据中心工程暖通系统的节能措施

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本文主要从节能的角度出发，重点阐述可行的节能措施，针对具体工程，可根据实际情况选取合理的节能措施形成一个完整的、有针对性的空调系统。

充分利用室外气候条件

由于数据中心的运行时间为全年不间断运行，所以要求空调系统全年运行，但是在北方地区，过渡季及冬季室外空气可以作为天然冷源加以利用，从而极大地降低机械制冷系统的运行时间及费用。可利用的部分自然冷却和完全自然冷却的时间越长，全年平均的PUE值就越低，意味着越节能。对于采用冷却塔供冷的系统来说，当室外湿球温度降低到某一值时，使得冷却水供水温度低于冷冻水回水温度2℃时，便开始启动部分自然冷却模式，冷冻水回水经板换另一侧的冷却水冷却降温后再进入制冷机组，相当于降低了冷机的负载率，从而降低了冷机的压缩机功率，达到节能的目的；当室外湿球温度持续降低，使得冷冻水回水经板换另一侧的冷却水冷却降温后温度达到设计供水温度，此时，进入完全自然冷却模式，停止冷机，完全由冷却塔承担所有负荷。对于采用换热机组等风侧自然冷却的系统来说，我们主要利用室外干球温度，当室外干球温度低于室内设计送风温度2℃时，便可以启动风侧自然冷却的功能，而对于一些干热地区(西北地区气候条件)，可通过在室外空气进入换热机组前加喷淋装置，使得室外空气的换热温度尽可能的接近湿球温度，从而延长自然冷却的时间。

设备的变频

(1)制冷空调系统中，耗电最大的设备应该是制冷机组，采用变频冷机不仅可以在部分负荷时降低压缩机功率，而且随着室外湿球温度的降低，进入制冷机组的冷却水温度降低，可大大提高冷机的COP值，另外，在数据中心的空调系统中冷机的启动时间直接影响蓄冷罐的选型，而冷机变频可大大缩减启动时间，从而减小蓄冷罐的配备容量；(2)水泵建议设置为变频泵，其频率由末端最不利环路的压差控制，当末端负荷减小时，水泵频率相应减小，从而节省水泵耗电；(3)末端空调的风机设置为EC风机，风机频率根据架空地板内静压或回风温度控制，从而节省大量风机耗电；(4)冷却塔风机采用变频风机，风机频率根据室外湿球温度控制，从而节省大量风机耗电。

合理的气流组织

数据中心主机房的气流组织设计尤为关键，其目的是防止冷热风的混合，对于单机柜热密度在5kW以下的情况，可考虑按照冷热通道的设计原则；对于单机柜热密度在5kW以上的情况，可考虑按照封闭冷热通道的设计原则，对于究竟是封闭冷通道还是封闭热通道，目前国内封闭冷通道的占多数，但是随着室内设计送风温度不断的提高，建议封闭热通道，一方面考虑人所处的环境舒适性，另一方面封闭热通道可以降低由机柜自身而造成的漏风率。而对于传统的架空地板送风模式，由于开孔地板有一定的阻力损失，需要风机更大的压头，从而增大风机的功耗，且对于高密度机柜来说，架空地板的承重受到限制，所以建议取消架空地板，采用侧送风的方式与封闭热通道配合使用，可最大程度的优化气流组织。

合理的送风温湿度参数

数据中心的主机房送风温湿度参数主要与IT设备对环境的要求有关，我国数据中心的设计规范GB50174《电子信息系统机房设计规范》[1]对主机房的温湿度要求见表1。但并未明确具体指哪里的温度，对于冷热通道封闭的情况，则不适用，此时，我们可参照美国ASHRAE标准[2]，其规定IT机房内的送风温度范围18～27℃，露点温度范围5.5～15℃，在确定送风温湿度时，在推荐范围内，可尽可能地提高温度，从而可相应地提高冷冻水供水温度，不仅可以大幅提高冷机的COP值，还可以提高自然冷却的室外温度设定点，延长自然冷却的时间，达到节能的目的。而湿度的设置由于冷热通道的相对湿度不同，所以，可通过露点温度控制，一般可设定露点温度在11.5℃左右。

最优化新风处理

数据中心主机房由于对环境的洁净度有一定的要求，所以主机房一般保持5～10Pa的正压，折换成新风的换气次数约1次/h，对于新风的处理，夏季比较简单，为简单的除湿过程；但在冬季，由于室外空气的干球温度均低于室内设定的露点温度，且含湿量低于室内空气的含湿量，所以冬季室外空气的处理过程为加热加湿，对于加热，目前的设计现状为热水加热主用，电加热备用，这显然造成了不合理的能源利用。对于新风的加热，可考虑采用换热机组，新风机房近IT机房旁边，利用IT机房内的回风加热新风，不仅可大大降低新风加热的耗热量，还可以减小末端空调的负荷，从而减小末端空调的风机功耗；对于加湿，一般采用等温加湿(电热式或电极式)和等焓加湿(湿膜加湿)，电热或电极式加湿虽然控制精度高，但耗电量大，对于一些没有专用空调机房的情况可以采用，但假如IT机房面积较大，新风加湿量大，且有专门的空调机房，建议在回风处设置湿膜加湿器，以大幅度节约电能(见图1)。

BMS(BuildingManagementSystem)系统的应用

对于数据中心工程的暖通系统来讲，为全年不间断运行，且中间存在机械制冷与自然冷却的切换、冷机的加载与减载等，这些依靠运营人员进行操作是不现实的，一套完整的自动控制系统不仅可以减少运维人员的操作量，而且可以根据控制条件进行精确的模式切换、加减载，使节能达到最大化。

暖通设备的总装机容量

尽管暖通设备的总装机容量与暖通设备的节能并无关系，但却会影响电气设备的配置情况，例如可能会增大变压器、UPS的容量，增大通过电缆的电流，而这些变化均会造成电气设备的损耗增加，同时增加了空调需要承担的负荷，所以，对于暖通设备的选型，应尽可能地按照详细的负荷计算进行，使得设备选型准确，不应随意增大安全系数。

水冷背板和干冷盘管

水冷背板和干冷盘管的共同点是冷冻水直接进入IT设备后部或上部的冷却盘管，相当于省去了末端空调的风机，这对于整个系统的PUE影响甚大，节能效果非常明显。在国外，一些著名的IT公司自营的数据机房有相当一部分采用了这些技术。但是，目前国内运营商多数不能接受水管进入IT机房内，所以此项技术在中国并没有大面积推广，相信随着人们认识的改变，技术的不断成熟，运行费用的显著差异，这些技术会逐渐在中国推广开来。

结语

以上主要从节能的角度对数据中心工程中暖通空调系统的节能点进行了一些分析与总结，每一种节能措施有其对应的应用条件，针对具体的设计项目，我们可以从不同的角度分析其特点，灵活应用各种节能技术，包括技术的分拆、组合，最终制定一个适合于特定项目的最佳方案。作为IT设备的基础设施，必须适应IT技术的更新，随着技术的不断发展，相信我们的空调制冷系统还会有巨大的变化，作为一个数据中心的暖通空调设计人员，应该实时了解IT设备的更新情况，从而调整我们的设计思路，使得空调系统更具有针对性、先进性。（本文作者：陈波 单位：天津喜邦建筑工程设计有限公司）