天津某数据中心空调系统设计.pdf

天津某数据中心空调系统设计徐婧芳陈嵩贾心宇（上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海；中国电信股份有限公司北京研究院，北京）摘要：某数据中心试点个机房采用多联热管空调系统，结合当地气候条件，从空调系统架构组合、系统耗能情况研究多联热管空调系统对于数据中心 的影响。采用多联热管空调氟系统与空调水系统组合来实现级机房的高可靠性，利用多联热管系统的能效比高及基本零耗水的优点来实现数据中心更低的 。关键词：数据中心；多联热管空调；徐婧芳，年生，硕士，高级工程师陈嵩（通信作者）北京市昌平区北七家镇未来科学城南区中国电信研究院 ：收稿日期：引言数据中心作为数字经济的承载体与日俱增，建设规模和体量在不断扩大。各地的数据中心能耗和碳排放增长迅速，行业出台了新基础设施绿色低碳高质量发展的相关政策，调整数据中心用能结构、优化数据中心空间布局、构建数据中心高效节能体系势在必行。如何实现绿色低碳高质量发展尤其值得关注。空调系统在数据中心基础设施中耗电占比较大，因此应用各种降低 的技术显得尤为重要。工程概况某数据中心园区位于天津武清区，建筑地上层，建筑面积 ，建筑高度 ，性质为高层丙类厂房。制冷机房设置在地上层，应急空调冷却水补水水箱设置于屋面上。该建筑规划 个平均单机柜功耗的机柜。设计规划 为 ，达到数据中心能效等级级。天津市属于寒冷地区，全年湿球温度统计见表。表天津市全年湿球温度情况统计湿球温度区间 时长 空调水系统根据 设备的负荷计算，该项目配置台主机（三用一备），单台冷水机组制冷量 （），冷水供回水温度 。设置个 的开式蓄冷罐保障园区相邻的栋数据中心大楼。空调水系统示意图见图。冷水机组；一级泵；二级泵；分水器环路；集水器环路；空调末端。图空调水系统示意图水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的，输配系统通过比较分析（见表），采用二级泵系统。表一级泵系统与二级泵系统比较一级泵系统二级泵系统运行模式按照负荷侧变流量运行一级泵按照定流量运行，二级泵按照变流量运行控制模式供回水旁通阀控制一级泵由供回水旁通阀控制，二级泵由最不利环路压差控制应急电源配置 负责一级泵负荷 仅负责二级泵负荷二级变频泵的流量与扬程可以根据各个环路的负荷特性分别配置，如对于阻力较小的环路，就可以降低二级变频泵的设置扬程。本系统形式为二级变频泵并联运行、集中供水，适合于机房各空调区负荷变化不同但阻力损失相近的场合。在数据中心的空调系统中，二级变频泵不经过冷水机组直接与 和蓄冷罐连接，从而减小了冷量输送管路系统的阻力，加上本身的功率较小，因此对应的 容量要求比一级泵变流量系统小很多，当冷水机组因停电或故障不能启动时，带动二级变频泵将蓄冷罐的冷量送到各个空调末端，保障了冷水机组停机期间冷量的供应。空调机组系统 多联氟泵空调机组热管多联空调技术试点应用于机房楼层和层个数据机房，配电室及电池室冷源由原有大楼制冷站提供（不在热管多联空调机组范围内）。多联热管空调机组包含个制冷循环，分别是室外侧循环、室内侧循环和自然冷却循环。室内侧循环与室外侧循环由中间换热器完成热耦合。对于室外侧循环而言，传统的空调末端蒸发器替换成了中间换热器。室外机内集成的组件系统图见图。暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷压缩机；中间换热器；室外侧循环冷凝器；自然冷却循环冷凝器；储液罐；制冷剂泵；自然冷却循环电动阀；室内循环电动阀；雾化喷淋系统；电子膨胀阀；自然冷却循环单向阀；室内循环单向阀。图室外机集成组件系统图其中室外侧循环包含压缩机、中间换热器、室外侧循环冷凝器、电子膨胀阀；室内侧循环包含室内侧循环电动阀、中间换热器、室内侧循环单向阀、储液罐、制冷剂泵；自然冷却循环包含自然冷却循环电动阀、自然冷却循环冷凝器、自然冷却循环单向阀、储液罐、制冷剂泵。冷凝器分为、两部分：部分处于室外侧循环中，负责压缩机排出的气态制冷剂的散热；部分处于自然冷却循环中，负责中间换热器流出的气态制冷剂的散热。相较于民用 建 筑，数 据 中 心 体 积 更 大、制 冷 剂 管 更长。使用个热耦合的更短的循环回路，缩短了润滑油的回流路径的 长 度，更 利 于 润 滑 油 的 回 流，解 决 了 润 滑油不能及时返 回 至 压 缩 机 中 进 而 导 致 压 缩 机 易 损 坏 的技术问题。）冷凝器的预冷。冷凝器旁装有雾化喷淋系统，喷出的雾化水颗粒吸热汽化，降低冷凝器的进风干球温度，进而提高制冷效率。当干湿球温度相差时，雾化喷淋预冷的室外机制冷效率可以提高，同时随着干湿球温差的增大，预冷后的室外机制冷效率将进一步提高。）安全性备份。室内蒸发器普遍采用双盘管末端，常见的备份方案分为室外机备份和双冷源备份。前者将个盘管分别接入不同的套室外机系统，台室外主机通过串行通信协议 总线相连，互为热备份，即台室外主机同时工作，均工作在 负荷下，此时机组能效高，当一台机组发生故障，另一台机组自动提速运行，满足 冷量需求。后者将一个盘管接入室外机系统，另一个盘管通过水氟换热器接入冷水系统，实现双冷源备份。种方案各有优点，结合项目需求，因地制宜地选择方案。空调末端多联热管空调系统能应用的空调末端可以有多种形式，如热管背板空调、热管列间空调、房间级热管空调。如表所示，考虑单机柜功耗为，经过经济性分析及考虑客户需求，采用热管列间空调作为末端形式。机房平面示意图见图。表热管空调末端形式对比热管背板空调热管列间空调单机柜功耗 可布置机柜数量个 空调数量台 单台空调冷量 末端 单机柜投资（万元架）图数据机房平面示意图热管多联主机（带有间接蒸发冷却模块）放置于裙房屋面。末端采用双盘管列间空调。每台列间空调采用片换热盘管：第片盘管接模块多联热管主机，优先换热；第片盘管通过水氟冷凝器接冷水系统。机房送风干球温度保证 ，采用封闭热通道，提高能效比，回风干球温度 。平时额定工况下，空调采用热备方式双盘管同时运行，单个列间空调需满足机房显冷量要求；如一路换热器故障时，则单盘管运行，此时需自动切换为高速工况，空调风机全速运行，单个列间空调仍需满足显冷量要求。同时在两侧空调区域设置水氟转换器，接入大楼的冷水系统，作为备份。当停电时，室外的蓄冷罐能保证机房 的应急制冷量。根据工程项目所在地气候，考虑干球温度 为界，室外温度在 以上时采用混合模式，室外温度在 以下时采用自然冷却模式。多联热管空调系统减少了水系统输配水泵能耗，制冷负载系数 有所降低（见表），相应得到优化。空调制冷暖通空调 年第 卷增刊表制冷负载系数（）对比冷水机组系统冷水机组系统多联热管系统主机能耗（）冷却塔能耗（）一级冷水泵能耗（）二级冷水泵能耗（）冷却水泵能耗（）末端空调的总能耗（）恒湿机能耗（）新风等辅助设备能耗（）多联热管能耗（）空调全年总用电量（）设备全年耗电量（）制冷负载系数 结论）多联热管空调系统简单，维护方便，全氟系统，无水进机房，无需防冻。）由于多联热管空调主机设备单套制冷量有限，室外机需要占用较大的屋面空间，更加适合中小型的数据中心使用；当应用于大型数据中心时，可以与水冷冷水空调系统耦合，实现更优的 。参考文献：国家标准化管理委员会数据中心能效等级标准：北京：中国标准出版社，南京佳力图机房环境技术股份有限公司一种多联氟泵系统：深圳市艾特网能技术有限公司一种氟泵多联制冷系统：张娴海南某数据中心空调系统设计暖通空调，（）：暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷