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數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)和節(jié)能設計-德州春意空調(diào)設備有限公司
一：數(shù)據(jù)中心空調(diào)負荷剖析
一般來說，修建面積小于 200㎡ 稱為小型數(shù)據(jù)中心；修建面積在 200~500㎡之間為中型數(shù)據(jù)中心。修建面積在 500~2000㎡之間為中、大型數(shù)據(jù)中心。修建面積在 2000~10000㎡為大型數(shù)據(jù)中心。修建面積大于 10000㎡則稱為超大數(shù)據(jù)中心。
1、室內(nèi)規(guī)劃參數(shù)
關(guān)于超大型數(shù)據(jù)中心修建而言，修建的首要功用房間是數(shù)據(jù)機房。但除了首要功用的數(shù)據(jù)機房以外，還需求有許多其他功用的房間，如：作業(yè)、餐飲、車庫等，以滿意數(shù)據(jù)中心正常作業(yè)維護所需。 將首要空調(diào)房間分為兩類：數(shù)據(jù)機房屬工藝性空調(diào)房間，其室內(nèi)規(guī)劃參數(shù)按照數(shù)據(jù)機房的工藝性要求選取。其他作業(yè)、餐飲等房間屬舒適性空調(diào)房間，室內(nèi)參數(shù)按照一般舒適性房間的要求選取。
工藝性空調(diào)部分（數(shù)據(jù)機房）的室內(nèi)規(guī)劃參數(shù)，其溫度、濕度政策均履行 A 級規(guī)范，如表 1 所示。舒適性空調(diào)部分的室內(nèi)規(guī)劃參數(shù)，如表 2 所示。
2、冷熱負荷
在數(shù)據(jù)機房修建中，一般室外環(huán)境對室內(nèi)的影響較小，空調(diào)的熱濕負荷首要來自于室內(nèi)。機柜設備散熱量大且熱源會合，需全年向外排熱，即便在冬季也有相當大的冷負荷。德州春意空調(diào)設備有限公司機柜設備無散濕量，主機房內(nèi)的散濕量首要來自于作業(yè)人員，而大中型電子核算機主機房內(nèi)作業(yè)人員較少，因而主機房內(nèi)的散濕量很小，一起新風負荷也較小。
此外，主機房對照明的要求一般不高，因而機房內(nèi)照明負荷與設備用電負荷比較很低，照明發(fā)熱量不大。大中型電子核算機一般都全年內(nèi)長時刻接連作業(yè)，在核算主機房內(nèi)的負荷時可按開機時的要求進行規(guī)劃。在本工程中，電子核算機房的新風量取機房空調(diào)總循環(huán)風量的 5%。
歸納起來，機房空調(diào)的熱濕負荷首要包括以下內(nèi)容：機房內(nèi)電子核算機和其它設備的散熱；人體散熱、濕；照明設備散熱；新風負荷；m.yiheelectrical.com修建圍護結(jié)構(gòu)的傳熱以及太陽輻射得熱。
二、體系方法挑選
1、冷源
處于對數(shù)據(jù)機房安全性的考慮，空調(diào)體系進行了冗余規(guī)劃。所謂冗余，是指空調(diào)體系中重復裝備必定的設備，當體系發(fā)生缺陷時，冗余裝備的設備投入運用，承擔缺陷設備的作業(yè)，由此減少體系的缺陷時刻。
由于數(shù)據(jù)機房的重要性為 A 類，因而空調(diào)體系的規(guī)劃選用了 N+N 的冗余規(guī)劃，以抵達設備互為備份的作用。各數(shù)據(jù)機房均選用雙冷源（冷凍水和直接蒸發(fā)式冷媒）的恒溫空調(diào)體系，室內(nèi)的完畢機組一起接空調(diào)冷凍水管和冷媒管道。在一般狀況下，體系由離心式冷水機組通過冷凍水體系供冷；當遇有冷凍機組或水泵、管道等缺陷發(fā)生的狀況下，切換至直接蒸發(fā)式空調(diào)體系供冷；在停電等狀況發(fā)生時，由柴油發(fā)電機組供給核算機房用直接蒸發(fā)式空調(diào)體系作業(yè)。
2、完畢
關(guān)于數(shù)據(jù)機房修建，機房內(nèi)部的空調(diào)完畢方法以及氣流組織規(guī)劃，一直是影響空調(diào)功率和作用的重要部分。近年來，跟著數(shù)據(jù)機房的許多出現(xiàn)，國內(nèi)外也逐漸構(gòu)成了比較老到的室內(nèi)空調(diào)氣流組織的解決方案和相應的專業(yè)規(guī)劃團隊。這些解決方案針對不同規(guī)劃、不同等級的數(shù)據(jù)機房，歸納考慮室內(nèi)環(huán)境操控與節(jié)能的需求。
此外，每層電子核算機房設置新風機組，以專用核算機房的正壓。按電子核算機房新風量的 80%為往常的排風量。一起，設置一套電子核算機房內(nèi)氣體救活體系作用完畢后的專用排風體系，按 5 次 /h氣次數(shù)核算。
三、數(shù)據(jù)中心空調(diào)度能問題
數(shù)據(jù)中心空調(diào)的能效為何如此之低？通過對其時數(shù)據(jù)中心的研討發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的空調(diào)體系都存在著如下一系列的規(guī)劃問題。
1、體系整合難、切換難、維護難。
為了服務器作業(yè)人為營建低溫環(huán)境，完全選用人工制冷，沒有運用天然冷源天然冷卻。改進冷源方法往往是為經(jīng)濟有用的節(jié)能方法，制冷機在空調(diào)體系中耗電大，以冷卻塔免費供冷替代制冷機，依托天然冷源供給冷量，會使空調(diào)體系的整體作業(yè)能耗大幅下降，是作用明顯的節(jié)能途徑。而在實踐運用中，選用天然冷源存在體系整合難、切換難、維護難的特征，所以現(xiàn)在國內(nèi)只有少部分的大型數(shù)據(jù)中心成功有用的運用了該技能。
2、沒有充分運用空調(diào)體系的許多節(jié)能技能。
空調(diào)體系中節(jié)能作用杰出的余熱回收、蓄冷、變風量、變頻等技能，在數(shù)據(jù)中心中很少選用。由于數(shù)據(jù)中心所其供給服務的特殊性，數(shù)據(jù)安全是首要要素，宕機是不允許出現(xiàn)的狀況。空調(diào)體系作為服務器正常作業(yè)的，管理者更重視其制冷才調(diào)是否有滿意的冗余量，某臺空調(diào)發(fā)生缺陷時能否及時翻開備用設備，對規(guī)劃的要求必定保存。而節(jié)能技能需求積少成多、其作用需銖積寸累才調(diào)表現(xiàn)，假定憂慮某技能對空調(diào)的穩(wěn)定性或許發(fā)生影響，往往傾向于不選用。
3、空調(diào)設備制冷量與實踐負荷的匹配存在問題。
機房內(nèi)的機架一般是逐漸投入、不斷擴容的，而空調(diào)負荷與氣流組織則是制造階段對機房整體考慮規(guī)劃的。作業(yè)初期投入運用的機架數(shù)少，空調(diào)體系部分負荷下作業(yè)，功率不高。而后期投入運用的新式的機架，往往功率更大，發(fā)熱密度更高，卻受制于機房現(xiàn)有格式，不能被擺放在氣流組織有利的方位。這樣，跟著機架不斷進場，機房內(nèi)一直冷熱不均，管理者只能調(diào)低空調(diào)機的溫度設定值，構(gòu)成過度制冷，導致空調(diào)能耗居高不下。
4、規(guī)劃選用的空調(diào)機型參數(shù)與機房作業(yè)時的真實熱工況存在過錯。
據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在約 85％的數(shù)據(jù)中心空調(diào)機組耗能比規(guī)劃工況高 50% 以上。現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心規(guī)劃均參照的是國標《電子信息體系機房規(guī)劃規(guī)范》及美國 TIA-942 規(guī)范，精細空調(diào)機組的規(guī)劃作業(yè)溫 / 濕度為 23℃±1℃/50%，加之現(xiàn)有精細空調(diào)生產(chǎn)廠家所供給的室內(nèi)機回風工況參數(shù)多為 24℃/50%。
故空調(diào)規(guī)劃時多按照此工況點進行選型。而服務器機架的發(fā)展趨勢是高度集成化，單個機架的功率越來越大，機柜出風口溫度很高，實踐作業(yè)中很簡單出現(xiàn)部分溫控點溫度超支的現(xiàn)象，應對方法便是將空調(diào)機組設定的回風溫度 24℃ 調(diào)低。
假定調(diào)低空調(diào)機組設定溫度 2℃, 那么按回風參數(shù)24℃ 選型出來的空調(diào)機組對應 22℃ 的工況點，直接脹大式空調(diào)緊縮機 COP 值會下降約 7%，顯冷量會下降 8%~19%，冷凍水式空調(diào)機組的顯冷量會下降 13%~16%。因機房負荷全部是顯熱負荷，則能耗添加了大約 15%~25%。若持續(xù)調(diào)低空調(diào)機作業(yè)工況參數(shù)設定點，對應的能耗會出現(xiàn)非線性的添加。
（ 5）精細空調(diào)機組溫濕度一起操控的方法，構(gòu)成了先除濕再加濕的能耗浪費。
在干球溫度 23℃，相對濕度 50% 的室內(nèi)狀況點，露點溫度為 11.9℃，空氣通過表冷器時降溫除濕。而機房作業(yè)進程中基本無散濕量，所以空氣濕度下降，跨過設定下限后空調(diào)自動翻開加濕功用，此時加濕器給空氣等溫加濕，添加了空調(diào)潛熱冷負荷，空調(diào)能耗明顯上升。
四、某數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造事例
大連區(qū)域一個 2500 個機架的數(shù)據(jù)中心。其改造規(guī)劃如下：
選用 800RT 離心式冷水機組三臺（輸入功率466kW）， 400RT 螺桿式冷水機組兩臺（輸入功率265kW），總制冷量 3200RT，另依據(jù)機房等級設置備用。運營初期負荷極小的狀況下，運用螺桿機調(diào)度規(guī)劃的優(yōu)勢，避免部分負荷的低能效和體系喘振。依據(jù)氣候參數(shù)、工程規(guī)劃條件供認體系供回水溫度，核算免費供冷的切換溫度并結(jié)合實踐狀況恰當下降供認實踐切換溫度，以避免頻頻切換，獲得合理的免費供冷期。
期內(nèi)對應制冷機規(guī)劃匹配的冷卻塔、板式換熱器，用于天然冷卻免費直接供冷。其時節(jié)過渡，室外濕球溫度跨過切換溫度時翻開制冷機，制冷機配變頻器可完畢冷卻水的低溫作業(yè)，低作業(yè)溫度可低至 13℃。更低的冷凝側(cè)溫度使機組在小緊縮比工況下作業(yè)，功用系數(shù) COP 值大幅行進，相當于直接運用了天然冷源免費供冷。
合以上技能方法，冷凍水側(cè)選用 12℃/18℃的高水溫，一方面進一步下降緊縮比，另一方面高于室內(nèi)空氣 11.9℃ 的露點溫度，完畢了空調(diào)完畢干工況作業(yè)。干工況不只簡化了體系，更適用于機房的作業(yè)環(huán)境，更是杜絕了不必要的除濕再加濕進程抵消的制冷量。與行進的冷凍水溫相對應，空調(diào)器回風溫度行進至 30℃，既加大了送風溫差下降能耗，又使完畢設定工況更接近實踐狀況，有利于作業(yè)的操控。
本工程選用的各項技能方法之間關(guān)系密切，不可互相孤立運用，需結(jié)合實踐狀況整體性靈活運用。
改造經(jīng)濟政策如下：
按照該數(shù)據(jù)中心節(jié)能規(guī)劃，冷卻水夏天 30/36，冬季 10/16 經(jīng)板換至 12/18 冷凍水 12/18。夏天冷卻塔冷幅 5℃，濕球溫度 25℃。冬季冷卻塔冷幅 8℃，切換濕球溫度 2℃。依據(jù)規(guī)劃溫度可供認空調(diào)體系免費供冷期約為 100 天，過渡期約為 120 天，夏天規(guī)范作業(yè)工況約為 145 天。
（1）免費供冷期
單臺制冷機緊縮機作業(yè)功率 413kW，全部天然冷卻，相當于可節(jié)省電量 413kW，考慮管道電伴熱、積水盤電加熱等要素，節(jié)能作用按 75% 核算，則 4 臺機組共節(jié)能 413×75%×4=1239kW，年節(jié)省電量 297 萬 kW·h。
（2）過渡季
制冷機配變頻器可完畢冷卻水低溫作業(yè)，低溫度可達 13℃。整個過渡季按冷卻水均勻水溫22/28℃ 考慮，冷凍水按 7/12℃ 考慮，同一制冷機組較規(guī)范工況下輸入功率下降， 800RT 的制冷機在過渡季實踐作業(yè)功率為 413kW，則 4 臺機組共節(jié)能99×4=396kW，年節(jié)省電量 114 萬 kW·h。
（3）夏天
行進冷凍水溫，制冷機 COP 行進帶來的能耗節(jié)省：
估計年節(jié)省電量 81 萬 kW·h。
（4）慣例冷凍水供回水溫度
7/12℃ 工況下，整個數(shù)據(jù)中心機房部分選用空調(diào)器 54 臺，空調(diào)器單 臺 制 冷 量 170kW， 風 量 41400m3/h， 輸 入 功 率8.0kW。其送風狀況點 A（見下頁焓濕圖）：干球溫度 12.1℃，濕球溫度 11.3℃， d=8.2g/kg。機房內(nèi)基本無濕負荷，空氣吸收機架散熱后升溫到新建狀況點 B：干 球 溫 度 23℃， d=8.2g/kg，i=44.1kj/kg；再通過而電極式蒸汽加濕器等溫加濕，抵達室內(nèi)狀況點 C：干球溫度 23℃， d=8.9g/kg ， i=45.9kj/kg。從B 到 C 進程的⊿ i=1.8 kj/kg，即為除濕又加濕進程添加的潛熱冷負荷：1.8kj/kg×41400m3/h×1.2kg/m3×54=1341kW。
按冷水機組 COP 值 6.0 核算，此部分耗電功率223.5kw，即為可節(jié)省能耗。全年能夠節(jié)省電量為196 萬 kW·h。
（5）行進冷凍水溫帶來了空調(diào)器完畢制冷才調(diào)的下降
整個數(shù)據(jù)中心機房部分選用空調(diào)器 54 臺，空調(diào)器單臺制冷量 170kW，風量 41400m3/h，輸入功率 11.2kW。慣例冷凍水供回水溫度 7/12℃ 工況下，單臺空調(diào)器輸入功率只需求 8.0kW。故單臺能耗添加 3.2kW， 54 臺機組共添加 172.8kW。全年添加耗電量 151 萬 kW·h。
各項方法歸納累計節(jié)能作用：297+114+81+196-151=537kW。
本數(shù)據(jù)中心規(guī)劃年耗電量為 7737 萬 kW·h，其間空調(diào)體系耗電約為 3100 萬 kW·h。選用本技能方法節(jié)能約 17.32%。
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