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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；www.ktdq.net修建圍護結構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系密切，不可互相孤立運用，需結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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