湛江某数据中心空调设计的探讨
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【摘要】介绍湛江某大型数据中心第一通信机楼空调系统设计，包括负荷计算、冷源系统、冷冻水系统、冷却水系统、应急供冷系统、机房精密空调、气流组织等。设计中采用多种节能技术，并满足使用要求。
【关键词】数据中心；空调；节能；通风；气流组织
1、工程概况
本工程位于广东省湛江市，数据中心第一通信机楼建筑面积29916.4O，建筑层数为8层，建筑高度为44.5m，首层层高约5.7m， 2至8层层高均约为5.4米，耐火等级为一级，属一类高层公共建筑。
2、设计计算参数
2.1 室外气象设计计算参数（地点：湛江）
本数据中心室外计算参数采用GB50736推荐的气象参数，具体计算参数见表1
2.2 室内设计参数
本数据中心各功能房间室内设计参数见表2
3、空调系统设计
3.1 负荷计算
本数据中心采用北京鸿业同行科技有限公司ACS空调负荷及分析软件进行逐项逐时冷负荷计算。冷负荷综合最大值（含设备发热量）为20.07MW，其中电子信息设备耗电量的97%左右都转换为热量。
3.2 制冷系统
首层设置制冷机房，终局设置 1套冷源系统，冷水主机采用水冷电压缩离心式/螺杆式冷水机组。系统选用6台1300 USRT水冷式离心冷水机组+1台410RT水冷式螺杆冷水机组，预留30%容量，能满足整栋建筑约130%的空调负荷需求。满负荷运行时，开启系统5台1300 USRT水冷式离心冷水机组，1台1300 USRT水冷式离心冷水机组及1台400RT水冷螺杆式冷水机作为备用，保证其中任意一台冷水机组可以随时进行检修和保养从而保证机楼24小时不间断运行。50%负荷运行时，开启系统2台1300 USRT水冷式离心冷水机组+1台400RT水冷式螺杆冷水机组上述冷水机组、冷水泵、冷却水泵设在一层制冷机房内，冷却塔设在屋面上。
系统选用的主要设备规格见表3。
3.3 冷冻水系统
冷水为一级泵变流量系统，可根据末端水量变化调节水泵频率从而调节流量，但需保证冷水主机的最低流量要求。由冷水机组降至10℃的冷水进入供水环网总管，设两个回路把冷水送至各末端设备。16℃的回水汇入回水环网总管，经水过滤器、冷水泵加压后再返回冷水机组。膨胀水箱设在屋面上，其补充水来自给水的高位水箱，溢流及排污水接至屋面排水沟，系统高点设自动排气阀，系统低点设放水、排污阀。各层IDC机房根据机房设定等级，精密空调采用N+1和N+X配置，其冷冻水接自一层制冷机房，冷冻水为环路配置，并设置分段检修阀，满足在线维护要求。
3.4 冷却水系统
经冷水机组升温至37℃的冷却水送至冷却塔进行冷却，水温降至32℃，经水过滤器、冷却水泵加压后再返回冷水机组。冷却塔承水盘之间设独立接口且带关断阀的连通管，其补充水来自给水高位水箱，溢流、排污水接至屋面排水沟。冷却塔出水温度由冷却塔风机转速控制，风机设变频装置，冷却水设最低回水温度控制，最低温度保护主机。
3.5 应急供冷系统
数据中心根据各个机房机保护等级要求，设置一套总容量为650 m3的冷冻水蓄水设，保障IDC机房及其电力电池室具备15分钟断电持续供冷功能。这一时间主要考虑目前市场上国际主流品牌高压柴油发电机来电自启动、并车输出、逐级送电以及制冷启动至稳定运行的时间。闭式蓄冷设置在室外，旁通在冷源测与负荷侧，通过温度传感器的反馈信号对电动密闭阀门的启闭控制，调节蓄冷设备的蓄冷和放冷工况转换。当数据中心电力系统故障时，利用UPS备用电源启动IDC机房及其电力电池室的精密空调，开启四台冷冻水循环水泵及蓄冷水箱供回水管上的电动蝶阀，对IDC机房及其电力电池室进行持续供冷，保障数据设备运行安全。
3.6 机房精密空调
IDC机房内精密空调均采用EC风机，由微电脑子控制器进行变风量调节，机房空调机组为干工况运行，精密空调承担显热负荷，包括风机段、表冷段、过滤段、再热段、加湿段。机房空调机组输送冷空气进入活动地板静压箱空间，保持微小正压5～10Pa，通过开孔地板吹向机架设备。
配电房、电力电池室配备上送风侧回风式的精密空调机组，风管上送风，机房下侧回风。其机房精密空调冗余等级与相应级别的IDC机房相同，满足数据中心负荷可靠性的要求。
3.7 机房气流组织
数据中心IDC机房内机柜采用冷热通道分离，即“面对面、背对背”的摆放方式，在冷通道布置开孔地板，开孔率视机架功率而定，冷空气冷却机柜后，热量排放到热通道中，通过机房回风百叶回至精密空调。机房内架空地板高度0.9m，内壁按照风管要求设置保温措施。
3.8 机房新风系统
机房保持5～10Pa正压，换气次数按0.6次/h考虑，新风经G4、F7粗中效两级过滤器后颗粒度≥0.5μm的个数≤18000粒/L。机房内部湿度依据露点温度控制，夏季新风以大于室内露点温度送入室内，以保证机房内部湿度控制；冬季切不可将新风直接引入机房，否则会引起机房结露。
3.9 机房排风系统
数据中心各个机房、电力电池室和变配电房均采用七氟丙烷气体灭火系统，设置灾后排风，换气次数按6次/h考虑。由于七氟丙烷气体密度比空气重，采用下排风，电动排风口平时常闭，灾后排风打开。在划分灾后排风系统时，考虑到防护区之间排风量的匹配，将容积相差不大的机房区及电池室划分一个系统，通过竖井由屋顶风机统一排放。
3.10 防排烟系统
不满足自然排烟要求的防烟楼梯间及其前室、防烟楼梯间与消防电梯合用前室分别设置了加压送风系统。长度超过20m的内走道设置机械排烟系统，通过竖井由屋顶风机统一排放。排烟风管与排烟井连接处设置280℃常闭防火阀，排烟风机入口处设置280℃排烟防火阀，温度超过280℃自动熔断并连锁风机。数据中心发生火灾时关闭机房内所有与消防无关的通风、空调设备电源。
4、主要的节能措施
提高空调冷冻水进出水温度，将常规制冷机制备的进出水温度由7/12度提高至10/16度，提高其运行效率。强化机柜换热效率采用封闭冷热通道，可强化空调气流组织，减少冷量损失，提高制冷效率。CFD仿真技术，采用CFD仿真技术对IDC机房的气流组织及温度进行模拟，将机房空间的温度及流场进行直观的表达，减少出现机房局部过热的隐患，优化机房气流组织设计。变频技术，冷冻水泵、EC风机、冷却塔风机均采用变频技术，降低数据中心低负荷运行过程中的能耗。
结语
随着通信网络的发展，通信机房的不断兴建，大量接入网机房及模块局机房的投入，用电能耗增加很快。大量的服务器置于数据中心内，发热量巨大，空调能耗占据30～45%的比例。在保证数据中心制冷稳定的前提下合理采用节能技术对整个项目运行有着显著意义。
参考文献
[1] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012）
[2] 电子信息系统机房设计规范（GB 50174―2008）
[3] 数据通信设备中心设计研究（原著第二版）（2010）