数据中心空调系统和节能设计-德州春意空调设备有限公司
一：数据中心空调负荷剖析
一般来说，修建面积小于 200㎡ 称为小型数据中心；修建面积在 200~500㎡之间为中型数据中心。修建面积在 500~2000㎡之间为中、大型数据中心。修建面积在 2000~10000㎡为大型数据中心。修建面积大于 10000㎡则称为超大数据中心。
1、室内规划参数
关于超大型数据中心修建而言，修建的首要功用房间是数据机房。但除了首要功用的数据机房以外，还需求有许多其他功用的房间，如：作业、餐饮、车库等，以满意数据中心正常作业维护所需。 将首要空调房间分为两类：数据机房属工艺性空调房间，其室内规划参数按照数据机房的工艺性要求选取。其他作业、餐饮等房间属舒适性空调房间，室内参数按照一般舒适性房间的要求选取。
工艺性空调部分（数据机房）的室内规划参数，其温度、湿度政策均履行 A 级规范，如表 1 所示。舒适性空调部分的室内规划参数，如表 2 所示。
2、冷热负荷
在数据机房修建中，一般室外环境对室内的影响较小，空调的热湿负荷首要来自于室内。机柜设备散热量大且热源会合，需全年向外排热，即便在冬季也有相当大的冷负荷。德州春意空调设备有限公司机柜设备无散湿量，主机房内的散湿量首要来自于作业人员，而大中型电子核算机主机房内作业人员较少，因而主机房内的散湿量很小，一起新风负荷也较小。
此外，主机房对照明的要求一般不高，因而机房内照明负荷与设备用电负荷比较很低，照明发热量不大。大中型电子核算机一般都全年内长时刻接连作业，在核算主机房内的负荷时可按开机时的要求进行规划。在本工程中，电子核算机房的新风量取机房空调总循环风量的 5%。
归纳起来，机房空调的热湿负荷首要包括以下内容：机房内电子核算机和其它设备的散热；人体散热、湿；照明设备散热；新风负荷；www.ktdq.net修建围护结构的传热以及太阳辐射得热。
二、体系方法挑选
1、冷源
处于对数据机房安全性确保的考虑，空调体系进行了冗余规划。所谓冗余，是指空调体系中重复装备必定的设备，当体系发生缺陷时，冗余装备的设备投入运用，承担缺陷设备的作业，由此减少体系的缺陷时刻。
由于数据机房的重要性为 A 类，因而空调体系的规划选用了 N+N 的冗余规划，以抵达设备互为备份的作用。各数据机房均选用双冷源（冷冻水和直接蒸发式冷媒）的恒温空调体系，室内的完毕机组一起接空调冷冻水管和冷媒管道。在一般状况下，体系由离心式冷水机组通过冷冻水体系供冷；当遇有冷冻机组或水泵、管道等缺陷发生的状况下，切换至直接蒸发式空调体系供冷；在停电等状况发生时，由柴油发电机组供给核算机房用直接蒸发式空调体系作业。
2、完毕
关于数据机房修建，机房内部的空调完毕方法以及气流组织规划，一直是影响空调功率和作用的重要部分。近年来，跟着数据机房的许多出现，国内外也逐渐构成了比较老到的室内空调气流组织的解决方案和相应的专业规划团队。这些解决方案针对不同规划、不同等级的数据机房，归纳考虑室内环境操控与节能的需求。
此外，每层电子核算机房设置新风机组，以确保专用核算机房的正压。按电子核算机房新风量的 80%为往常的排风量。一起，设置一套电子核算机房内气体救活体系作用完毕后的专用排风体系，按 5 次 /h气次数核算。
三、数据中心空调度能问题
数据中心空调的能效为何如此之低？通过对其时数据中心的研讨发现，大多数数据中心的空调体系都存在着如下一系列的规划问题。
1、体系整合难、切换难、维护难。
为了服务器作业人为营建低温环境，完全选用人工制冷，没有运用天然冷源天然冷却。改进冷源方法往往是最为经济有用的节能方法，制冷机在空调体系中耗电最大，以冷却塔免费供冷替代制冷机，依托天然冷源供给冷量，会使空调体系的整体作业能耗大幅下降，是作用明显的节能途径。而在实践运用中，选用天然冷源存在体系整合难、切换难、维护难的特征，所以现在国内只有少部分的大型数据中心成功有用的运用了该技能。
2、没有充分运用空调体系的许多节能技能。
空调体系中节能作用杰出的余热回收、蓄冷、变风量、变频等技能，在数据中心中很少选用。由于数据中心所其供给服务的特殊性，数据安全是首要要素，宕机是不允许出现的状况。空调体系作为服务器正常作业的确保，管理者更重视其制冷才调是否有满意的冗余量，某台空调发生缺陷时能否及时翻开备用设备，对规划的要求必定保存。而节能技能需求积少成多、其作用需铢积寸累才调表现，假定忧虑某技能对空调的稳定性或许发生影响，往往倾向于不选用。
3、空调设备制冷量与实践负荷的匹配存在问题。
机房内的机架一般是逐渐投入、不断扩容的，而空调负荷与气流组织则是制造阶段对机房整体考虑规划的。作业初期投入运用的机架数少，空调体系部分负荷下作业，功率不高。而后期投入运用的新式的机架，往往功率更大，发热密度更高，却受制于机房现有格式，不能被摆放在气流组织有利的方位。这样，跟着机架不断进场，机房内一直冷热不均，管理者只能调低空调机的温度设定值，构成过度制冷，导致空调能耗居高不下。
4、规划选用的空调机型参数与机房作业时的真实热工况存在过错。
据调查发现，现在约 85％的数据中心空调机组耗能比规划工况高 50% 以上。现行数据中心规划均参照的是国标《电子信息体系机房规划规范》及美国 TIA-942 规范，精细空调机组的规划作业温 / 湿度为 23℃±1℃/50%，加之现有精细空调生产厂家所供给的室内机回风工况参数多为 24℃/50%。
故空调规划时多按照此工况点进行选型。而服务器机架的发展趋势是高度集成化，单个机架的功率越来越大，机柜出风口温度很高，实践作业中很简单出现部分温控点温度超支的现象，应对方法便是将空调机组设定的回风温度 24℃ 调低。
假定调低空调机组设定温度 2℃, 那么按回风参数24℃ 选型出来的空调机组对应 22℃ 的工况点，直接胀大式空调紧缩机 COP 值会下降约 7%，显冷量会下降 8%~19%，冷冻水式空调机组的显冷量会下降 13%~16%。因机房负荷全部是显热负荷，则能耗添加了大约 15%~25%。若持续调低空调机作业工况参数设定点，对应的能耗会出现非线性的添加。
（ 5）精细空调机组温湿度一起操控的方法，构成了先除湿再加湿的能耗浪费。
在干球温度 23℃，相对湿度 50% 的室内状况点，露点温度为 11.9℃，空气通过表冷器时降温除湿。而机房作业进程中基本无散湿量，所以空气湿度下降，跨过设定下限后空调自动翻开加湿功用，此时加湿器给空气等温加湿，添加了空调潜热冷负荷，空调能耗明显上升。
四、某数据中心节能改造事例
大连区域一个 2500 个机架的数据中心。其改造规划如下：
选用 800RT 离心式冷水机组三台（输入功率466kW）， 400RT 螺杆式冷水机组两台（输入功率265kW），总制冷量 3200RT，另依据机房等级设置备用。运营初期负荷极小的状况下，运用螺杆机调度规划的优势，避免部分负荷的低能效和体系喘振。依据气候参数、工程规划条件供认体系供回水温度，核算免费供冷的切换温度并结合实践状况恰当下降供认实践切换温度，以避免频频切换，获得合理的免费供冷期。
期内对应制冷机规划匹配的冷却塔、板式换热器，用于天然冷却免费直接供冷。其时节过渡，室外湿球温度跨过切换温度时翻开制冷机，制冷机配变频器可完毕冷却水的低温作业，最低作业温度可低至 13℃。更低的冷凝侧温度使机组在小紧缩比工况下作业，功用系数 COP 值大幅行进，相当于直接运用了天然冷源免费供冷。
合以上技能方法，冷冻水侧选用 12℃/18℃的高水温，一方面进一步下降紧缩比，另一方面高于室内空气 11.9℃ 的露点温度，完毕了空调完毕干工况作业。干工况不只简化了体系，更适用于机房的作业环境，更是杜绝了不必要的除湿再加湿进程抵消的制冷量。与行进的冷冻水温相对应，空调器回风温度行进至 30℃，既加大了送风温差下降能耗，又使完毕设定工况更接近实践状况，有利于作业的操控。
本工程选用的各项技能方法之间关系密切，不可互相孤立运用，需结合实践状况整体性灵活运用。
改造经济政策如下：
按照该数据中心节能规划，冷却水夏天 30/36，冬季 10/16 经板换至 12/18 冷冻水 12/18。夏天冷却塔冷幅 5℃，湿球温度 25℃。冬季冷却塔冷幅 8℃，切换湿球温度 2℃。依据规划温度可供认空调体系免费供冷期约为 100 天，过渡期约为 120 天，夏天规范作业工况约为 145 天。
（1）免费供冷期
单台制冷机紧缩机作业功率 413kW，全部天然冷却，相当于可节省电量 413kW，考虑管道电伴热、积水盘电加热等要素，节能作用按 75% 核算，则 4 台机组共节能 413×75%×4=1239kW，年节省电量 297 万 kW·h。
（2）过渡季
制冷机配变频器可完毕冷却水低温作业，最低温度可达 13℃。整个过渡季按冷却水均匀水温22/28℃ 考虑，冷冻水按 7/12℃ 考虑，同一制冷机组较规范工况下输入功率下降， 800RT 的制冷机在过渡季实践作业功率为 413kW，则 4 台机组共节能99×4=396kW，年节省电量 114 万 kW·h。
（3）夏天
行进冷冻水温，制冷机 COP 行进带来的能耗节省：
估计年节省电量 81 万 kW·h。
（4）惯例冷冻水供回水温度
7/12℃ 工况下，整个数据中心机房部分选用空调器 54 台，空调器单 台 制 冷 量 170kW， 风 量 41400m3/h， 输 入 功 率8.0kW。其送风状况点 A（见下页焓湿图）：干球温度 12.1℃，湿球温度 11.3℃， d=8.2g/kg。机房内基本无湿负荷，空气吸收机架散热后升温到新建状况点 B：干 球 温 度 23℃， d=8.2g/kg，i=44.1kj/kg；再通过而电极式蒸汽加湿器等温加湿，抵达室内状况点 C：干球温度 23℃， d=8.9g/kg ， i=45.9kj/kg。从B 到 C 进程的⊿ i=1.8 kj/kg，即为除湿又加湿进程添加的潜热冷负荷：1.8kj/kg×41400m3/h×1.2kg/m3×54=1341kW。
按冷水机组 COP 值 6.0 核算，此部分耗电功率223.5kw，即为可节省能耗。全年能够节省电量为196 万 kW·h。
（5）行进冷冻水温带来了空调器完毕制冷才调的下降
整个数据中心机房部分选用空调器 54 台，空调器单台制冷量 170kW，风量 41400m3/h，输入功率 11.2kW。惯例冷冻水供回水温度 7/12℃ 工况下，单台空调器输入功率只需求 8.0kW。故单台能耗添加 3.2kW， 54 台机组共添加 172.8kW。全年添加耗电量 151 万 kW·h。
各项方法归纳累计节能作用：297+114+81+196-151=537kW。
本数据中心规划年耗电量为 7737 万 kW·h，其间空调体系耗电约为 3100 万 kW·h。选用本技能方法节能约 17.32%。
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