湛江某数据中心暖通空调系统设计概述

1、湛江某数据中心暖通空调系统设计概述 【摘要】介绍湛江某大型数据中心通信机楼空调系统设计，包括负荷计算、冷源系统、冷冻水系统、冷却水系统、应急供冷系统、机房精密空调、气流组织等。设计中采用多种节能技术，并通过CFD模拟手段，辅助空调设计，以验证机房内的温度场及速度场是否符合设计要求。 【关键词】数据中心；空调设计；CFD模拟；气流组织；节能 1 工程概况 本工程为广东湛江某数据中心，建筑面积29916.4O，建筑高度44.5m，首层层高5.7m， 2至8层层高均为5.4米，耐火等级一级，属一类高层公建。 2 暖通空调系统设计概况 2.1 数据中心的空调计算参数： 室外计算参数采用GB50736-2012推荐的气象参数1，数据中心各主要功能房间的空调室内设计参数2如下-IDC机房设计温度：冷通道181；热通道301；相对湿度4070；UPS机房、配电室设计温度：242；管理用房设计温度：252。 空调负荷采用冷负荷计算软件进行逐时冷负荷计算。逐时冷负荷的综合最大值为20.07MW，其中机房内的各类电子信息设备耗电量的99%左右都会转化为热能3，因此散热量大。 2.2 数据中心暖通空调系统的

2、设计概况： 2.2.1 制冷系统主机配置： 制冷机房设在首层。选用6台1300 USRT水冷离心冷水机组+1台410USRT水冷螺杆冷水机组，预留30%容量，以满足整栋建筑约130%的空调负荷需求。满负荷运行时，开启5台大的离心冷水机组，另外两台冷水机组作为备用，保证其中任意一台大的冷水机组可以随时进行检修和保养从而保证机楼24小时不间断运行；（2）50%负荷运行时，开启系统2台大的离心冷水机组和螺杆冷水机组。冷水机组、水泵设在一层制冷机房内，冷却塔设在屋面上。 2.2.2 冷冻水系统： 冷冻水系统为一级泵变流量系统，可根据末端水量的变化来调节水泵频率从而调节流量，但需保证冷水主机的最低流量要求。冷水机组的设计出水温度为10，冷水进入供水环网总管，然后由两个回路（每个回路按系统65%的负荷设计）分别把冷水送至各空调末端。16的回水汇入回水环网总管，经水过滤器、冷冻水泵加压后再返回冷水机组。各层IDC机房根据机房的设定等级，精密空调采用N+1和N+X配置。 2.2.3 冷却水系统： 从冷水机组出来的37的冷却水，经冷却塔冷却后降至32，再经过水过滤器、冷却水泵加压后再返回冷水机组。冷却塔

3、承水盘之间设独立接口且带关断阀的连通管。冷却塔风机设变频装置，冷却塔的出水温度由冷却塔风机的转速进行控制，冷却水设最低回水温度控制。 2.2.4 应急供冷系统： 根据各个机房的保护等级要求，设置一总容量为650m3的蓄冷水池，以保障具备在15分钟断电时间内，能持续给IDC机房及其电力电池室供冷的能力。这主要考虑目前市场上国际主流品牌高压柴油发电机来电自启动、并车输出、逐级送电以及制冷启动至稳定运行的时间。闭式蓄冷装置设在室外，旁通设在冷源侧与负荷侧，通过温度传感器的反馈信号控制电动密闭阀的启闭，以完成蓄冷和放冷的工况转换。当电力系统故障时，利用UPS备用电源启动IDC机房及其电力电池室的精密空调，开启四台冷冻水泵及蓄冷水箱供、回水管上的电动蝶阀，对IDC机房及其电力电池室进行供冷，以保障数据设备的安全运行。 2.2.5 机房精密空调： IDC机房内精密空调均采用EC风机，由微电脑控制器进行变风量调节。机房空调机组为干工况运行，精密空调承担显热负荷，包括风机段、表冷段、过滤段、再热段、加湿段。机房空调机组将冷空气送入活动地板静压箱空间，保持微正压510Pa，通过开孔地板向上送出，对机架设

4、备进行冷却。 配电房、电力电池室配备上送侧回式的精密空调机组，风管上送风，机房下侧回风。其机房精密空调冗余等级与相应的IDC机房相同，满足数据中心负荷可靠性的要求。 2.2.6 机房气流组织： 数据中心IDC机房内机柜采用冷热通道分离，即“面对面、背对背”的摆放方式，在冷通道布置开孔地板，开孔率视机架功率而定，冷空气冷却机柜后，热量排放到热通道中，通过机房回风百叶回至精密空调。机房内架空地板高度0.9m，内壁按照风管要求设置保温措施。 2.2.7 机房新风系统 机房保持510Pa正压，换气次数按0.6次/h考虑，新风经G4、F7粗中效两级过滤器后颗粒度0.5m的个数18000粒/L。机房内部湿度依据露点温度控制，夏季新风以高于室内露点温度送入室内，以保证机房内部湿度控制；冬季切不可将新风直接引入机房，否则会引起机房结露。 2.2.8 机房灾后排风系统 数据中心各机房、电力电池室和变配电房均采用七氟丙烷气体灭火系统，设置灾后排风，换气次数6次/h。七氟丙烷气体密度比空气重，故采用下排风。电动排风口平时常闭，灾后排风时打开。在划分灾后排风系统时，考虑到各防护区间排风量的匹配，将容积相差不大

5、的机房区及电池室划分为同一个系统，通过竖井由屋顶风机统一排放。 2.2.9 防排烟系统 不满足自然排烟要求的防烟楼梯间及其前室、防烟楼梯间与消防电梯合用前室分别设置了加压送风系统。长度超过20m的内走道设置机械排烟系统，通过竖井由屋顶风机统一排放。排烟风管与排烟井连接处设置280常闭防火阀，排烟风机入口处设置280排烟防火阀，温度超过280自动熔断并连锁排烟风机。数据中心发生火灾时关闭机房内所有与消防无关的通风、空调设备的电源。 3 主要的节能措施 3.1 提高冷冻水的进出水温度：将制冷机制备的进出水温度由常规的7/12提高至10/16，提高了主机的运行效率。 3.2 变频技术：冷冻水泵、EC风机、冷却塔风机均采用变频技术，降低数据中心低负荷运行过程中的能耗。 3.3强化机柜换热效率：采用封闭冷热通道，可强化空调的气流组织，减少冷损失，提高制冷效率。 4设计亮点 CFD辅助设计： 本设计采用了CFD模拟技术对IDC机房的气流组织及温度场进行模拟，将机房空间的温度分布及流场进行直观的表达，减少出现机房局部过热的隐患，优化机房的气流组织设计。此为本设计的一大亮点。 IDC机房的热主要是通过

6、气流带走的，不合理的气流组织会在机房内产生局部热点，即部分区域温度远高于周边。为消除这些热点，一般设计时会将整体空间的温度降至较低，这样设计往往会造成：某些非热点区域温度远低于设计温度（造成能源浪费），同时不合理的气流组织又会产生局部热点（机房局部温度过高会导致设备芯片过热，使设备不能正常运行）。因此根据IDC机房发热的特点科学合理地配置气流组织十分关键。 本例CFD模拟，根据室内空调送、回风方式的不同，分别选取四个具有代表性的房间：三个IDC机房（分别采用下送侧回、下送上回和列间空调前送后回三种方式）和一个电力电池室（上送侧回方式），进行了CFD模拟，按设计给定的参数，对室内的温度场和速度场进行分析，理论上均达到了设计所需的空调效果。 结语 随着通信网络的发展，通信机房的不断兴建，大量接入网机房及模块局机房的投入，用电能耗增加很快。大量的服务器置于数据中心内，发热量巨大，空调能耗占据3045%的比例。在保证数据中心稳定供冷的前提下合理采用节能技术对整个项目运行有着重要意义。 参考文献 1民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012） 2电子信息系统机房设计规范（GB 501742008） 3数据通信设备中心设计研究（原著第二版）杨国荣等译（2010）第 1 页 共 1 页

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