數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與節(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(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(shè)計師的首要任務(wù)。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(shè)有1.8 m高的平臺，用于放置大樓的空調(diào)處理設(shè)備，平臺下則放置了與數(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

2.1數(shù)據(jù)中心房間設(shè)計溫濕度

數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的IT設(shè)備會產(chǎn)生大量集中的熱量，同時部分設(shè)備對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)備要求的運行溫度為24℃，相對濕度為30%~80%。

2.2冷負荷和風(fēng)量的計算

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(fēng)量，但是值得注意的是，在計算總送風(fēng)量時，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，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

在進行空調(diào)設(shè)計時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)置單獨的機房空調(diào)(CRAC)，既承擔(dān)數(shù)據(jù)中心的冷負荷，又獨立于整個大樓的送風(fēng)系統(tǒng)。

2)機房空調(diào)采用下送上回方式，冷風(fēng)被送至架空地板下，整個架空地板作為一個送風(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機柜。房間回風(fēng)通過吊頂回風(fēng)口進入吊頂內(nèi)，整個吊頂以上的空間作為一個回風(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(shè)計了新風(fēng)供冷模式。4個數(shù)據(jù)中心分別位于大樓兩側(cè)的頂樓，給新風(fēng)供冷模式時引進大量新風(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)進行分析。

4)機房空調(diào)全部安裝新風(fēng)管道并且在數(shù)據(jù)中心配備排風(fēng)機進行排風(fēng)以引進新風(fēng)，排風(fēng)機設(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)，通過變頻器實現(xiàn)新風(fēng)供冷，減少了風(fēng)機的能耗。

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(shè)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(fēng)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(shè)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(fēng)供冷模式，該機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，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(fēng)冷卻盤管，利用新風(fēng)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(shè)置一臺帶應(yīng)急電源的風(fēng)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。