介紹了長三角地區(qū)某數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷源、空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)等的設(shè)計，并對機房的氣流組織進(jìn)行了CFD模擬和驗證。該數(shù)據(jù)中心在空調(diào)冷源設(shè)計上采取了磁懸浮冷水機組、大溫差高溫供冷（18℃/28℃）、自然冷卻及熱通道封閉等措施，保證設(shè)計PUE＜1.3。
該項目位于安徽省滁州市。機房按照GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的A級數(shù)據(jù)中心設(shè)計，總建筑面積為25551.5m2；主機房區(qū)域主體地上3層，局部地上4層。共有2446個機柜（含列頭柜、普通機柜、網(wǎng)絡(luò)核心機柜），全部為功率4.4kW的低密柜。1層共480個機柜，2層網(wǎng)絡(luò)交換機房共100個機柜，2層數(shù)據(jù)機房共916個機柜，3層共950個機柜。
1）安全可靠性。冷源制冷設(shè)備采取N+1設(shè)置，每個標(biāo)準(zhǔn)機房模塊恒溫恒濕空調(diào)機組按N+2設(shè)置;冷水管路設(shè)計為環(huán)狀管網(wǎng)；空調(diào)冷源系統(tǒng)設(shè)置蓄冷罐，能提供連續(xù)不間斷冷源，可提供數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)15min的冷水供應(yīng)，保障數(shù)據(jù)中心供冷安全。
2）先進(jìn)性。冷水機組采用磁懸浮變頻冷水機組；主機房主要功能區(qū)進(jìn)行CFD模擬。
3）規(guī)范性。空調(diào)系統(tǒng)制冷機組、水泵、冷卻塔以及末端精密空調(diào)等主要設(shè)備,選擇滿足現(xiàn)行國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品；該項目數(shù)據(jù)機房各模塊之間設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。
4）適用性。冷水適用性:冷水機組能效比較高，設(shè)備擺放位置集中，便于管理，較容易實現(xiàn)自然冷卻方案，有效減少運行費用。封閉通道的適用性：冷熱氣流相對分離，提高冷空氣的利用率，同時可減少風(fēng)機的耗電量，節(jié)省電費，有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
數(shù)據(jù)中心空調(diào)負(fù)荷主要包括設(shè)備負(fù)荷、機房照明負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、人員散熱負(fù)荷及新風(fēng)負(fù)荷等，應(yīng)通過逐項逐時的負(fù)荷計算得到。空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷主要受服務(wù)器設(shè)備數(shù)量和機柜功率影響，因此，設(shè)計時必須充分考慮工藝專業(yè)提供的機柜設(shè)備負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心具有高發(fā)熱量、低散濕量的特點，其空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷特點是顯熱負(fù)荷大、濕負(fù)荷小，具有極高的熱濕比。
自然冷卻技術(shù)的可行性和節(jié)能效果均取決于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。建議采用2017 ASHRAE handbook fundamentals提供的氣象參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)計。
經(jīng)計算，數(shù)據(jù)機房冷負(fù)荷為13350kW，占整個項目冷負(fù)荷的94%。因該項目對安全性要求較高，要求機房全年無故障運行，結(jié)合項目所在地極端高溫天氣，按照夏季室外計算干球溫度39.4℃、濕球溫度30.9℃配置冷卻塔。數(shù)據(jù)中心主機房、輔助區(qū)及支持區(qū)等核心區(qū)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表1。
該工程屬于大型數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)能耗占機房總能耗的比例較大。通過計算，能耗各部分比例及空調(diào)系統(tǒng)各部分能耗比例如圖1所示。從圖1可以看出，空調(diào)系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心非IT能耗的80%，而制冷站（含冷水機組、冷卻塔、水泵等）占空調(diào)系統(tǒng)能耗的74%以上。
數(shù)據(jù)中心機房冷源形式的采用應(yīng)根據(jù)項目所在地氣象條件、能源條件等多方因素進(jìn)行確定，應(yīng)盡可能地利用自然冷源（冬季低溫時采用自然冷卻模式）。
在相同制冷量情況下，風(fēng)冷冷水機組耗電量比水冷冷水機組大，該項目采用水冷磁懸浮冷水機組。
冷水機組是空調(diào)系統(tǒng)的主要用能設(shè)備，其能耗占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的38%以上，是節(jié)能研究的主要對象。提高水冷式集中空調(diào)的供回水溫度，可以提高冷水機組的性能。供回水溫度越高,冷水機組的COP越高，所耗電能越少，節(jié)能效果越好。因此該項目將冷水系統(tǒng)供/回水溫度確定為18℃/28℃。（公眾號：通信電源人 與你在一起）
該項目制冷站設(shè)置于1層,蓄冷罐設(shè)置于室外地面。空調(diào)冷源采用磁懸浮變頻離心式冷水機組。制冷系統(tǒng)原理圖見圖2。
空調(diào)冷源系統(tǒng)設(shè)置蓄冷罐，可提供數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)15min的冷水供應(yīng)，保障數(shù)據(jù)中心供冷安全。
由于數(shù)據(jù)中心需要連續(xù)運行，因此該項目冷水干管采用環(huán)狀管網(wǎng)，滿足空調(diào)系統(tǒng)在線維護(hù)（任一設(shè)備或線路可以按計劃進(jìn)行替換而不引起計算機設(shè)備停機）和連續(xù)不間斷運行的要求，提高了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性。冷水循環(huán)管道回路如圖3所示。
冷水系統(tǒng)考慮了自然冷卻。水冷冷水系統(tǒng)根據(jù)全年室外季節(jié)變化，冷卻水溫度會不斷變化，因此水冷系統(tǒng)冷水的制備將分為3種模式，即采用電制冷模式、部分自然冷卻模式和完全自然冷卻模式，3種模式切換由自控系統(tǒng)實現(xiàn)。
基于滁州地區(qū)的累年氣象參數(shù)統(tǒng)計（見圖4），全年約80.40%的時間可以采用自然冷卻模式，其中48.26%的時間（4228h）為完全自然冷卻模式，32.20%的時間（2820h）為部分自然冷卻模式。
全年約有176d可以實現(xiàn)完全自然冷卻，約有117.5d可以進(jìn)行部分自然冷卻。節(jié)能優(yōu)勢明顯，大大降低了該項目的PUE。
目前數(shù)據(jù)機房經(jīng)常采用“冷熱通道”的布置方式，以提高機房空調(diào)的利用率，進(jìn)一步提高制冷效果。以某機房為例,通過CFD模擬分析冷通道封閉前后機房冷卻效果的差異，如圖5所示。
采取封閉熱通道的氣流組織模式，送風(fēng)溫度為24.1℃，回風(fēng)溫度為38.5℃。精密空調(diào)設(shè)置單獨的設(shè)備間，機柜面對面擺放，冷熱通道隔離并實現(xiàn)熱通道封閉（防止冷氣短路），如圖6所示?，F(xiàn)場安裝示意圖見圖7。
CFD模擬結(jié)果便于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)是否存在熱點，協(xié)助調(diào)整數(shù)據(jù)中心空調(diào)的氣流組織形式、送風(fēng)方式和氣流速度等參數(shù)，以提高空調(diào)效率。對機房主要功能區(qū)進(jìn)行了CFD模擬，模塊單元機房模型面積約為617m2，包含234架IT機柜、12架列頭柜及10臺機房精密空調(diào)機組，8+2冗余設(shè)置，每臺空調(diào)制冷量為150kW。機房整體布局如圖8所示。
在模型0.3，1.0，1.8 m高度處均勻布置測點。距機柜底板不同高度處溫度場如圖9所示。
圖10顯示了機柜過熱情況?？梢钥闯?，機柜進(jìn)風(fēng)溫度為24.0~24.5℃，無機柜過熱情況，整體模塊工作情況良好。
數(shù)據(jù)中心的節(jié)能實際上是在保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行的前提下，確定各部分能耗的最佳比例,確保服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲等設(shè)備能效比的最大化。
為了盡可能地降低設(shè)計PUE，滿足建設(shè)方需求，該項目采取了以下節(jié)能措施:
1）采用自然冷卻技術(shù)。隨著室外環(huán)境條件改變，冷水的制備可根據(jù)制冷機出水溫度在電制冷、部分自然冷卻和完全自然冷卻3種模式下切換。
2）提高空調(diào)的供/回水溫度（18℃/28℃），同時采用大溫差供冷。該措施大大增加了自然冷卻的使用時長。
3）采用熱通道封閉技術(shù),較傳統(tǒng)方式節(jié)能30%以上。
4）數(shù)據(jù)機房精密空調(diào)送/回風(fēng)溫度為25℃/39℃，自然冷卻時間較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心項目延長至少30d以上。
5）機房使用獨立式加濕器，采用濕膜加濕形式，機組布置在空調(diào)間回風(fēng)區(qū)，根據(jù)空氣露點控制加濕量。
6）冷水機組采用水冷磁懸浮變頻離心機組，相比傳統(tǒng)的冷水機組能效比可提升20%以上。（公眾號：通信電源人 和你在一起）
該項目各部分能耗及設(shè)計PUE（數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備總能耗）見表2。通過表2可以看出，設(shè)計PUE=1.2987，滿足設(shè)計PUE值小于1.3的要求。
該項目采用了18℃/28℃的高溫冷水，目前在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中鮮有這么高的供回水溫度，但CFD模擬結(jié)果表明，該溫度對于該數(shù)據(jù)中心項目來說是可行且可靠的。隨著服務(wù)器功能的提升，數(shù)據(jù)機房環(huán)境溫度越來越高,甚至?xí)黄颇壳皹?biāo)準(zhǔn)推薦的范圍。在這種情況下，空調(diào)冷源的供回水溫度還可以進(jìn)一步提高，冷水機組能耗也將隨之降低。磁懸浮變頻冷水機組能效比高、能耗低，對于降低PUE效果顯著。該項目目前尚未投入運行，實際使用效果需要進(jìn)一步驗證。
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