全热交换机组在数据机房通风系统中的案例研究

王廷伟 刘建波 夏小平

南方电网综合能源股份有限公司

0 引言

随着当今社会数字化经济需求的快速增长，外加各地政府部门给予新兴产业的大力扶持，使得数据机房规划建设迈入蓬勃发展阶段。

与此同时，应该看到数据机房IT 设备发热量较大，自身及辅助冷却设备高能耗是制约行业发展的难题，因而绿色数据机房概念显得尤为重要，必将成为未来发展趋势。总的来说，绿色数据机房需从规划设计、运营管理、能源效率等方面来衡量是否能够成为合格的绿色数据机房，核心始终是绿色节能。

鉴于此，对于通风系统核心设备应首先全热交换机组，引入室外新风与室内排风进行热、湿交换，保证室内空气品质要求同时，大幅降低空调系统新风冷负荷[1]，成为实现绿色数据机房的重要一环。

1 项目情况

本项目数据机房位于南方某通信基地内,建筑面积约1548 m2，层高4.8 m，设有5 个功能房间，包括通信设备机房、通信电源室、通信电池室、监控室、空调机房等，详见图1。

图1 数据机房内部平面图

考虑到经济性要求和低运行PUE 值的设计目标，数据机房空调系统设计选用集中冷源空调系统（冷水机组+精密空调）方案，室内侧热负荷集中区域安装冷/热通道隔离封闭单元。

机房通风系统按照国家规范A 级标准设计，整层配置6 台全热交换机组，均安装于通信设备机房吊顶内，新、排风出入口分散设计，引入室外新风经与排风全热交换后送入空调机组回风口。

引入室外新风，以用于维持机房内正压环境，有利于保持机房内理想的空气品质，保持洁净、卫生，还稀释室内不断产生的空气污染物（由设备、人员、建筑材料等散发）。

1.1 数据机房等级划分

根据《电子信息系统机房设计规范（GB50174-2017）》要求[2]，按照数据机房使用性质、数据丢失或网络中断进行划分，数据机房应可分为A、B、C 三级。

对标设计规范细则，本项目定为A 级，主机房环境温度和相对湿度，辅助区环境温度、相对湿度（开机时）长期保持22.5 ℃，52.7%左右，均满足设计规范要求，详见表1。

表1 A 级信息机房环境要求

同时，还满足主机房应维持的正压，即主机房与其它房间、走廊的压差不宜小于5 Pa，与室外静压差不宜小于10 Pa，且空调系统的新风量已按照维持室内正压所需风量进行设计。

1.2 全热交换机组

全热交换机组是一种含有全热换芯体的新风、排风换气设备，也是一种高效节能的热回收装置，通过回收排风中余热对引入空调系统的新风进行预冷，在新风进入室内或空调机组的表冷器进行热、湿处理之前，降低新风焓值，将有效降低空调系统冷负荷，节省空调系统运行费用，有效地解决了提高室内空气品质与绿色节能之间的矛盾。

引入新风量可按工作人员计划或者维持室内正压所需风量设计，新、排风系统设备选型均选用新排风一体机，室内排风和新风分别呈正交叉方式流经换热器芯体时，由于气流分隔板两侧气流存在着温差和蒸汽分压差，两股气流通过分隔板时呈现传热传质现象，引起气体之间全热交换过程。

由前面叙述，引入室外新风与室内排风全热交换后，送至空调机组回风口处。对此开展效益测算，若按照室内2 人设计，新风量40m3/h·人，引入新风量80 m3/h，室内环境选取温度25.5 ℃，相对湿度55%，采用全热交换机组，对于南方地区室外环境温度较长时间处于30～35 ℃，节省较为可观的空调用电量。

参见图2 所示，理想情况下，室内、外温差每增加1 ℃，相应增加新风冷却能耗5%～10%，均可降低引入新风所需空调能耗[3]。

图2 理想情况下机组节能率测算

2 问题分析与改进措施

纵观多数数据机房项目，存在着不少系统性设计误区，就本项目而言，通风系统全热交换机组布置位置存在设计缺陷，全热交换机组布置在机房内，新、排风管道穿入室内侧与其接驳，其中引入的新风未与排风全热交换处理，且处于高热高湿状态（连续阴雨天），引入的新风相对湿度持续大于90%，若风管保温存在局部缺陷，风管长期浸泡在A 类机房环境（温度处于23 ℃），管壁温度低于引入新风的露点温度，将不可避免产生微弱凝露，积少成多，呈流淌状水体沿着风管内壁接口处滴入室内，若接口下方正对服务器，不免产生设备宕机等事故。通风系统局部如图3 所示。

图3 通风系统局部平面图

2020 年6 月1 日-10 月，项目所在地区阴雨连绵，室外环境温度29 ℃，相对湿度90%以上，管道内壁产生大量凝露，最终滴入通信设备内部微模块，造成设备电气短路与烧毁。凝露区间如图4 所示。

图4 凝露过程焓湿图

基于此，应从系统设计角度出发，将全热交换机组及新风管移出数据机房，合理布置在公共区域吊顶内，未经预冷新风流经的管道便可远离机房内部，从根本上杜绝因风管管壁凝露而形成的潜在风险。

根据本项目建筑结构特点，将全热交换机组及新风管移出数据机房布置，如图5 所示，利用外部公共空间吊顶，处理后新风直接引入空调机房回风侧，不穿过机房通信设备区域。

图5 改进后新、排风系统平面图

3 结论

1）对于绿色数据机房，全热交换机组已成为通风系统的核心设备，节能效果较为可观。

2）因潜在运营安全风险，全热交换机组应移出数据机房布置，尽可能选用公共区域。

3）新风管移出数据机房布置，预冷处理后直接引至空调机房进行集中处理。