數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與節(jié)能優(yōu)化分析.doc

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與節(jié)能優(yōu)化分析

現(xiàn)代科技的發(fā)展對(duì)IT、電信企業(yè)的要求逐步提高，為了滿足市場(chǎng)要求和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)必須不斷投入人力物力進(jìn)行硬件加強(qiáng)，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(kuò)大。據(jù)Jonathan Koomey博士(美國(guó)斯坦福和伯克利實(shí)驗(yàn)室教授)的一份研究報(bào)告統(tǒng)計(jì)，自2000年到2005年，全球數(shù)據(jù)中心能耗翻了一番，2005年美國(guó)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(shè)備、空調(diào)制冷設(shè)備及其輔助設(shè)備的耗電量，直接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用為27億美元，由此估計(jì)全球數(shù)據(jù)中心的能耗所產(chǎn)生的費(fèi)用為72億美元。根據(jù)美國(guó)Uptime研究院的分析，數(shù)據(jù)中心的電耗增長(zhǎng)迅速，以每年15%的速度增長(zhǎng)，到2005年已經(jīng)達(dá)到了18000 w/(平方米機(jī)柜占地面積)。從2000年到2001年，僅一年時(shí)間，機(jī)柜能耗就增長(zhǎng)了1100 w/(平方米機(jī)柜占地面積)。數(shù)據(jù)中心單位面積能耗可由機(jī)房總能耗以機(jī)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(yùn)行成為了空調(diào)設(shè)計(jì)師的首要任務(wù)。本文針對(duì)上海某IT企業(yè)研發(fā)大樓的4個(gè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)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(zhǎng)條形布置，4個(gè)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(shè)有1.8 m高的平臺(tái)，用于放置大樓的空調(diào)處理設(shè)備，平臺(tái)下則放置了與數(shù)據(jù)中心有關(guān)的排風(fēng)設(shè)備以及用于數(shù)據(jù)中心全新風(fēng)制冷的新風(fēng)百葉，既保證了設(shè)備的隱蔽性和安全性，又防止雨天或者其他特殊天氣對(duì)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(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)中心房間設(shè)計(jì)溫濕度

數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的IT設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量集中的熱量，同時(shí)部分設(shè)備對(duì)溫濕度的變化極其敏感。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備要求的運(yùn)行溫度為24℃，相對(duì)濕度為30%~80%。

2.2冷負(fù)荷和風(fēng)量的計(jì)算

IT設(shè)備消耗的電量為1600 W/平方米，由于IT設(shè)備是純散熱設(shè)備，所以在計(jì)算房間負(fù)荷時(shí)，考慮所有耗電量轉(zhuǎn)換為房間冷負(fù)荷，且同時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)中心的冷負(fù)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(fēng)量，但是值得注意的是，在計(jì)算總送風(fēng)量時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，增加10%的系統(tǒng)冗余以保證由于漏風(fēng)等造成的損失。

2.3系統(tǒng)方案的確定

在進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)所遵循的核心思想是在滿足設(shè)備基本溫濕度要求的基礎(chǔ)上，盡可能多地運(yùn)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(fēng)側(cè)系統(tǒng)

1)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的機(jī)房空調(diào)(CRAC)，既承擔(dān)數(shù)據(jù)中心的冷負(fù)荷，又獨(dú)立于整個(gè)大樓的送風(fēng)系統(tǒng)。

2)機(jī)房空調(diào)采用下送上回方式，冷風(fēng)被送至架空地板下，整個(gè)架空地板作為一個(gè)送風(fēng)靜壓腔，然后通過架空地板上設(shè)置的部分穿孔將冷風(fēng)送至房間內(nèi)各IT機(jī)柜。房間回風(fēng)通過吊頂回風(fēng)口進(jìn)入吊頂內(nèi)，整個(gè)吊頂以上的空間作為一個(gè)回風(fēng)靜壓腔，然后通過安裝在吊頂內(nèi)的回風(fēng)風(fēng)管，回到機(jī)房空調(diào)進(jìn)行循環(huán)冷卻。

3)由于大樓的中央冷水機(jī)組于室外溫度低于15℃時(shí)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(shè)計(jì)了新風(fēng)供冷模式。4個(gè)數(shù)據(jù)中心分別位于大樓兩側(cè)的頂樓，給新風(fēng)供冷模式時(shí)引進(jìn)大量新風(fēng)創(chuàng)造了有利條件。采用新風(fēng)供冷模式節(jié)約了大部分的能源，筆者將在第5.2節(jié)進(jìn)行分析。

4)機(jī)房空調(diào)全部安裝新風(fēng)管道并且在數(shù)據(jù)中心配備排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)以引進(jìn)新風(fēng)，排風(fēng)機(jī)設(shè)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(shí)現(xiàn)新風(fēng)供冷，減少了風(fēng)機(jī)的能耗。

2.3.2水側(cè)系統(tǒng)

1)在正常模式下，1#~4#數(shù)據(jù)中心的所有機(jī)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(jī)房的冷水機(jī)組，冷水管路單獨(dú)設(shè)置，以確保與整個(gè)大樓空調(diào)的管路系統(tǒng)相互獨(dú)立。

2)考慮到會(huì)出現(xiàn)冷水系統(tǒng)故障或者節(jié)能模式運(yùn)行的排風(fēng)機(jī)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(jī)房單獨(dú)設(shè)置了一臺(tái)冷水機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱“高效冷水機(jī)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(jī)組要求同樣具有新風(fēng)供冷模式，該機(jī)組的制冷劑為乙二醇溶液，當(dāng)室外溫度低于乙二醇溶液回水溫度時(shí)，通過機(jī)組自帶的三通閥將部分乙二醇溶液引入機(jī)組的新風(fēng)冷卻盤管，利用新風(fēng)進(jìn)行直接供冷，以達(dá)到節(jié)能的要求。

3)考慮高效冷水機(jī)組會(huì)出現(xiàn)故障，設(shè)置一臺(tái)帶應(yīng)急電源的風(fēng)冷冷水機(jī)組作為備用。

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