數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設計與節(jié)能優(yōu)化分析.doc

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設計與節(jié)能優(yōu)化分析

現(xiàn)代科技的發(fā)展對IT、電信企業(yè)的要求逐步提高，為了滿足市場要求和行業(yè)競爭，企業(yè)必須不斷投入人力物力進行硬件加強，隨之，研發(fā)大樓越建越多，研發(fā)中心的核心之一——數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也在逐步擴大。據(jù)Jonathan Koomey博士(美國斯坦福和伯克利實驗室教授)的一份研究報告統(tǒng)計，自2000年到2005年，全球數(shù)據(jù)中心能耗翻了一番，2005年美國所有數(shù)據(jù)中心的電耗是450億kwh，其中包括了數(shù)據(jù)中心IT設備、空調(diào)制冷設備及其輔助設備的耗電量，直接產(chǎn)生的經(jīng)濟費用為27億美元，由此估計全球數(shù)據(jù)中心的能耗所產(chǎn)生的費用為72億美元。根據(jù)美國Uptime研究院的分析，數(shù)據(jù)中心的電耗增長迅速，以每年15%的速度增長，到2005年已經(jīng)達到了18000 w/(平方米機柜占地面積)。從2000年到2001年，僅一年時間，機柜能耗就增長了1100 w/(平方米機柜占地面積)。數(shù)據(jù)中心單位面積能耗可由機房總能耗以機房面積得到。

如何以最節(jié)能的方式保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行成為了空調(diào)設計師的首要任務。本文針對上海某IT企業(yè)研發(fā)大樓的4個數(shù)據(jù)中心進行分析。

1、數(shù)據(jù)中心概況

該IT企業(yè)大樓位于上海郊區(qū)某科技園區(qū)，共5層，建筑面積約為25 000平方米，本文研究的數(shù)據(jù)中心位于該大樓5層中心位置，呈長條形布置，4個數(shù)據(jù)中心的面積分別為286，164，104，144平方米。數(shù)據(jù)中心的正上方屋頂上設有1.8 m高的平臺，用于放置大樓的空調(diào)處理設備，平臺下則放置了與數(shù)據(jù)中心有關的排風設備以及用于數(shù)據(jù)中心全新風制冷的新風百葉，既保證了設備的隱蔽性和安全性，又防止雨天或者其他特殊天氣對數(shù)據(jù)中心空氣調(diào)節(jié)帶來的影響。

2、空調(diào)系統(tǒng)設計

2.1數(shù)據(jù)中心房間設計溫濕度

數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡系統(tǒng)的IT設備會產(chǎn)生大量集中的熱量，同時部分設備對溫濕度的變化極其敏感。根據(jù)設備供應商提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心IT設備要求的運行溫度為24℃，相對濕度為30%~80%。

2.2冷負荷和風量的計算

IT設備消耗的電量為1600 W/平方米，由于IT設備是純散熱設備，所以在計算房間負荷時，考慮所有耗電量轉(zhuǎn)換為房間冷負荷，且同時使用系數(shù)取100%，1#，2#，3#，4#數(shù)據(jù)中心面積依次為286，164，104，144平方米，從而得出4個數(shù)據(jù)中心的冷負荷依次為457.6，262.4，166.4，230.4 kW。得到了數(shù)據(jù)中心的冷量和房間的溫度后，可以算出所需風量，但是值得注意的是，在計算總送風量時，根據(jù)設計經(jīng)驗，增加10%的系統(tǒng)冗余以保證由于漏風等造成的損失。

2.3系統(tǒng)方案的確定

在進行空調(diào)設計時所遵循的核心思想是在滿足設備基本溫濕度要求的基礎上，盡可能多地運用各種節(jié)能手段并且兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和多樣化。

2.3.1風側系統(tǒng)

1)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)設置單獨的機房空調(diào)(CRAC)，既承擔數(shù)據(jù)中心的冷負荷，又獨立于整個大樓的送風系統(tǒng)。

2)機房空調(diào)采用下送上回方式，冷風被送至架空地板下，整個架空地板作為一個送風靜壓腔，然后通過架空地板上設置的部分穿孔將冷風送至房間內(nèi)各IT機柜。房間回風通過吊頂回風口進入吊頂內(nèi)，整個吊頂以上的空間作為一個回風靜壓腔，然后通過安裝在吊頂內(nèi)的回風風管，回到機房空調(diào)進行循環(huán)冷卻。

3)由于大樓的中央冷水機組于室外溫度低于15℃時停止使用，但是數(shù)據(jù)中心全年需要供冷，所以給數(shù)據(jù)中心設計了新風供冷模式。4個數(shù)據(jù)中心分別位于大樓兩側的頂樓，給新風供冷模式時引進大量新風創(chuàng)造了有利條件。采用新風供冷模式節(jié)約了大部分的能源，筆者將在第5.2節(jié)進行分析。

4)機房空調(diào)全部安裝新風管道并且在數(shù)據(jù)中心配備排風機進行排風以引進新風，排風機設置變頻器以控制數(shù)據(jù)中心的房間始終為正壓10 Pa，并且在過渡季節(jié)，通過變頻器實現(xiàn)新風供冷，減少了風機的能耗。

2.3.2水側系統(tǒng)

1)在正常模式下，1#~4#數(shù)據(jù)中心的所有機房空調(diào)采用冷水制冷而非乙二醇溶液制冷，以得到更高的COP。冷水來自中央制冷機房的冷水機組，冷水管路單獨設置，以確保與整個大樓空調(diào)的管路系統(tǒng)相互獨立。

2)考慮到會出現(xiàn)冷水系統(tǒng)故障或者節(jié)能模式運行的排風機故障或者大樓意外斷電，為3#數(shù)據(jù)中心和位于其他樓層的弱電機房單獨設置了一臺冷水機組(以下簡稱“高效冷水機組”)，以確保這些房間的空調(diào)能24 h不間斷供冷。高效冷水機組要求同樣具有新風供冷模式，該機組的制冷劑為乙二醇溶液，當室外溫度低于乙二醇溶液回水溫度時，通過機組自帶的三通閥將部分乙二醇溶液引入機組的新風冷卻盤管，利用新風進行直接供冷，以達到節(jié)能的要求。

3)考慮高效冷水機組會出現(xiàn)故障，設置一臺帶應急電源的風冷冷水機組作為備用。

4)由于中央冷水機組提供普通冷水而高效冷水機組和備用冷水機組提供的是乙二醇溶液，所以要求機房空調(diào)采用雙盤管雙水源系統(tǒng)，以達到兩種模式的切換。