哈南数据中心空调系统设计

王 韬



哈南数据中心空调系统设计

王 韬

（江苏省邮电规划设计院有限公司 南京 210000）

根据数据中心特殊的使用要求和运行特点，主要从空调系统的安全性和节能性两个方面介绍了空调主机系统及末端系统的设计。

数据中心；安全性；节能

0 工程概况

本工程用地面积：19863.0m2，工程一期通讯机房A1，远期油机房B2，远期辅助用房B3，远期油机房B4，远期通信机房B5。本期机房楼A1总建筑面积9600.0m2，机房楼地上4层，建筑高度22.42m，功能为通讯机房满足国标A级及TIRⅢ标准。

1 空调冷热源

本工程A1机楼设计冷负荷4792kW，远期B5机楼预估冷负荷7071kW。本项目制冷机房设于A1机楼一层，采用4台1200RT/台高压离心机组（其中1台为备用机组），1台500RT/台螺杆式冷水主机。冷冻水泵及冷却水泵各为5台与制冷机组一一对应，采用UPS保障；5台低噪声开式冷却塔与制冷机组一一对应设于四层屋面，该工程另设5台板式换热器与制冷机组一一对应用于冬季免费制冷。

2 室内设计参数

根据设备对工作环境的要求，为确保设备在正常情况和极限情况下都能稳定可靠地工作，故不同等级的机房室内设计参数宜按《电子信息系统机房设计规范》要求设计如表1所示。

本工程主机房的温、湿度执行A级，基本工作间可根据设备要求按A、B两级执行，其他辅助房间应按工艺要求确定。

3 空调系统设计

3.1 空调水系统

考虑到机房的安全性要求满足国标A级及TIRⅢ标准，本工程冷冻水供回水温度为12/17℃，空调管路采用双管路的闭式循环系统，由立管和水平管组成，主干管采用异程式布置，各支管安装平衡阀；冷冻水系统由定压罐进行系统定压；冷却水系统与主机一一对应，两路补水分别接自市政给水管网和冷却水蓄水池。设备、阀门、管道等承压能力均为1.0MPa。考虑到后期扩容便利，大楼主干管均为一次性建设到位（包括立管及水平管）。A1机楼制冷机房至B5机楼的室外冷冻水管道采用管沟方式敷设。

图1 空调主系统原理

表1 室内设计参数

3.2 空调末端系统

为降低机房PUE及数据中心运行成本，提高数据机房的经济效益，本工程综合考虑节能、安全、投资成本、技术成熟度、客户接受度等多种因素，综合考虑末端空调方案。

本工程空调方式配置方案如下：

（1）7kW机柜机房：采用热管背板空调。

（2）4kW机柜机房：采用传统的冷冻水型机房专用空调，地板下送风封闭冷通道。

（3）电力电池室、变配电室：采用传统的冷冻水型机房专用空调，风管定点上送风方式。

4 工程设计特点

4.1 安全性

由于数据中的空调系统一旦因故障或断电停止运行将造成服务器因过热而停机，将造成重大的经济损失，所以空调系统的安全运行尤为重要。本工程主要从以下几个方面保障制冷系统的安全性。

（1）制冷主机与末端空调的冗余以保证任意一台主机或末端在因故障停机的情况下保持制冷量不变。本项目制冷主机采用4台1200RT高压离心机组（其中1台为备用机组），1台500RT螺杆式冷水主机。末端采用+1备份方式，对每个模块机房若主用末端机组数量≤5台，备份机组数量设置1台，若主用末端机组数量＞5台，备份机组数量设置2台。

（2）空调水系统干管及末端管路均采用双管路的闭式循环系统，已保证管路中任意一路出现故障均可切换至另一路运行。

（3）为保障因市电断电而柴油发电机组和空调水系统未启动情况下的不间断供冷需求，采用闭式蓄冷罐保障15分钟的不间断冷源，本期A1机楼及远期B5机楼两栋数据中心蓄冷罐总容积约为500m3，共设置3个蓄冷罐，单个蓄冷罐容积为167m3（本期建设完成），安装于室外。冷冻水泵采用UPS保障不间断供电。

（4）为保障当地市政供水停水时12小时的冷却塔补水，设计冷却水蓄水池，A1、B5机楼蓄水池总容积约为500m3，置于地下。

4.2 系统节能

数据中心能耗巨大，其能耗主要包括主设备耗电、空调系统耗电、电源系统耗电和其他耗电。其中空调系统能耗在数据中心能耗占比约45%，因此降低空调能耗对降低数据中心PUE至关重要。本工程主要从以下两个方面降低空调能耗。

（1）提高冷冻水供回水温度，由于数据机房的冷负荷基本为显热冷负荷，因此本工程采用12～17℃高温冷冻水，可以使水冷机组COP值可从5.5提高至7.0，预计系统节能5～10%。

（2）自然冷却技术，哈尔滨全年室外平均温度低，自然冷源利用条件优越。本工程采用冷却塔间接供冷方式利用室外自然冷源。在原有系统上串联板式换热器，并增加切换管路和阀门。当室外湿球温度低于6℃时，关闭冷水机组，完全采用自然冷却。系统断开与冷水机组的连接，切换到直接与板式换热器连接，通过板式换热器换热直接带走室内热量。

表2 各工况运行时长

从表2可以看出，空调系统实现全部自然冷却的小时数为4571，超过全年空调运行时间的50%。

图2 冷水机组和板式换热器串联示意图

5 结语

通过对该工程暖通空调的设计，笔者深刻体会到设备的运行安全和节能对于数据中心这种面负荷高、不间断运行建筑的重要性。因此在设计过程中需严格满足国标A级关于系统安全性的要求并充分考虑系统在设备故障、停水、停电状况下的不间断运行。在空调系统的设计上尽可能多的采用节能措施如提高冷冻水供回水温度，冬季免费供冷，采用节能设备等。

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Air Conditioning System Design for the Hanan Data Center

Wang Tao

( Jiangsu Post & Telecommunications Planning Design Institute Co., Ltd, Nanjing, 210000 )

According to the special requirements and operation characteristics of the data center, this paper mainly introduces the design of air conditioning main system and terminal system from two aspects of safety and energy saving.

data center; safety; energy saving

1671-6612（2018）06-613-03

TU831

A

王 韬（1984-），男，工学硕士，工程师，主要从事暖通设计工作，E-mail：woowkaka@qq.com

2018-02-26