摘要：文章主要以数据中心为基础介绍了暖通空调系统的节能设计，包括空调设备节能、气流组织和布局优化以及有效利用自然冷资源，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：数据中心；暖通空调；节能设计
引言：随着信息技术发展，数据中心建设数量不断增加，同时其运行能耗也相继扩大，第一其在运行操作中消耗大量的电能，第二是服务器所产生的多余热量需要增设制冷系统进行冷却处理。通过相关研究发现，设备和暖通空调系统是数据中心主要耗能环节，为此通过对暖通空调系统进行节能设计，可以进一步起到降低能耗的作用，提高数据中心运行效率。
一、空调设备节能
（一）独立控制温湿度
暖通空调系统中设计独立控制温湿度，能够有效避免系统常规热湿耦合所产生的问题，提升系统能源应用效率。相关研究证明，和类型相同的建筑相比，独立控制温湿度的空调系统能够节能百分十三十五左右。数据中心的暖通空调系统实施温湿度的分离控制后，温度调节过程中所消耗的能源将成为系统主要能耗。在温度控制系统内设置高温冷源系统，可以有效解决冷却中的除湿过渡问题，提升制冷性能。当下高温冷源技术经过不断优化逐渐发展成熟，能够结合各个地理条件差异，选择适合的技术，数据中心常用的冷却技术包括高温冷水以及间接蒸发等技术。
（二）空调变频技术
随着数据中心业务的扩展，其服务器能耗也会相继提升，两者呈现规律变化特征，同时数据中心相关信息设备所产生的热量也会出现周期性变化规律，引入水泵、风机、变频压缩机能够有效提升空调设备的工作效率，提高制冷效果。同时引入变频技术，可以结合数据中心室内外的环境温度差异，对转速进行调整，从而优化风机和泵的性能曲线，对其出力实施优化调整的基础上，还不会对管路系统阻力产生太大的影响，确保系统可以一直维持稳定运行效率，在流量整体缩减一半的条件下，一般暖通空调系统内部风机和水泵能耗会减少20%到30%，但在变频技术条件下，系统能耗可以降低70%到80%左右，进一步减少设备运行能耗，此外变频暖通空调系统运行中，还可以解决设备工况波动问题，比如压缩机出现频繁启停的问题，提高设备运行稳定性，增加系统设备应用时间[1]。
二、气流组织和布局优化
送回风环节是暖通空调系统内关键部分，系统内部气流的优化组织是对数据中心气流循环进行全面优化的过程，优化设计具体包含合理选择送风方式，合理布局空调和机柜，科学选择建筑结构参数等。
通过对机房内布局和气流组织进行优化，可以进一步削减系统能耗，使机房内部空气顺畅流通，降低冷热气流彼此影响，提升冷空气利用率，降低空调循环风量。此外还能通过对机柜和气流进行科学布局，使机房内部维持均匀温度，避免出现局部热点的问题，提升空调温度。
（一）合理选择送回风方式
数据中心的送风方式具体包括下送风和上送风两种形式。其中上送风方式即将空调机组处理后的冷气经送风口传输至信息设备上层区域，将机房和信息设备相关热量全部带走，经机房下层空间返回空调机组内部，实施降温冷却处理，形成完整的循环系统。下送风方式即提升机房底板高度，构建架空层，空调机组处理生成的冷气经空调机底部区域传输至架空层当中，而冷空气流经开孔底板、信息设备底层流入信息设备和机房内部，再将热量带走后，经过机房上层空间重新返回空调机组内部，实施降温冷却处理，并开始进行下一阶段的循环过程。而数据中心当前主要包括架空地板和硬地板两种设计形式，送回风可以选择全管道、局部管道和开放式三种不同种类，通过多元组合能够生成不同送风方式。
在数据中心比较常用的是硬底板配合开放式以及架空底板搭配开放式这两种送回风方式。前者是上送风典型模式，其优势是安装方便、结构简单在、成本低廉，其缺陷是送风距离相对较短，通常情况下，有效送风距离大概在15米左右，容易出现送风不均匀的问题，甚至还会出现冷热气体短路问题，因此通常是小机房内会使用该种送风方式。后者是下送风的典型代表类型。架空地板的高度通常在20到100厘米之间，暖通空调系统产生的冷空气会流进地板底层，变成静压箱，随后利用静压箱实施送风操作，气流较为均匀稳定，送风距离远，最长能够达到25米左右，可以把冷空气传输到服务器周围，而服务器发散出来的热气会经空间上层回收，高热流密度数据机房适合该种方式[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（二）机柜优化布置
早期数据中心设计工作中尚未意识到气流组织问题，通常会选择统一朝向方式，而该种设计方式环境中，前排机柜前排机柜散发热气会和排机柜内的冷空气互相混杂，提高了机柜进风温度，进一步削减空调制冷效果。而在新时期设计中，对机柜进行布局设计过程中，通常会结合气流组织元素，通常会选择背对背以及面对面布置方法。该种设计条件下，机柜之间会形成两条冷热通道，冷气从系统发出经冷通道流入机柜，而冷却服务器后生成热气便会经机柜背部流入热通道并重返空调系统。冷热通道能够有效隔开冷热气流，预防冷热气流之间互相混杂，降低机柜温度，提升冷却效果。同时在背靠背和面对面布置条件下，机柜为了能够有效隔离冷热气流，可以选择在冷热通道中设置挡板，或彻底封闭通道，提高冷气流利用效率。
（三）建筑结构优化
除了机柜和送风方式之外，数据中心内部参数选择和建筑结构也会影响机房内气流组织，其中需要注意地板开孔位置，出风口和空调机组之间应该维持适当的距离，太远或太近都不适合，如果距离空调过近，便会扩大空气动压，降低静压，阻碍冷空气传出，如果机柜和空调距离过近，则会影响出风口。风口距离空调距离过远，则无法顺利传递冷风。通过对数据中心内架空地板两个上下空间对于房间内部气流组织影响进行详细分析发现，地板开孔率、开孔位置、架空层中的管线布局以及架空地板高度等都会影响气流组织分布状态[3]。
三、有效利用自然冷资源
结合电子计算机房的相关设计规范要求，数据中心内部空间温度应该控制在23摄氏度左右，上下波动变化尽量不要超出一度，我国的北方区域，其一年四季里面的春季、秋季和冬季和夏季早晚，户外环境温度均小于数据中心温度需求。为此如果可以结合室外自然冷源，在室内温度高于室外的条件下，通过户外自然冷气带走室内热量，进一步缩减空调运行时间，实现降低能耗的目标，增加设备应用寿命。
相关领域学者也十分关注数据中心的自然冷源应用，并针对相关设备和应用方案实施了系统研究。针对自然冷源的利用具体可以分成两种形式，分别是间接利用和直接利用。其中直接利用便是把室外冷空气引流到数据中心内部，随后把信息设备所产生的热量带走，排放到室外，因为数据中心对空间内的清洁度和湿度等具有较高的要求，为此在户外冷空气流入数据中心之前，应该实施严格的过滤处理和控湿处理。自然冷源间接利用主要是通过相关换热设备对室内外冷热空气实施互换，两种气流之间并不会直接接触，从而在确保室内良好洁净度和湿度的条件下，控制循环气流温度。自然冷资源间接应用的重要难点便是促进室内外空气顺利进行热量交换。当下通常包含两种方式：第一是热管换热技术，第二是空-空换热器技术。
冷气资源的直接利用方案尽管设计简单，但在控湿和除尘过程中需要耗费巨大的代价，增加日常维护成本，为了提高数据中心的引入空气质量，应该对过滤网实施合理更换。因为选择间接应用设计，室内外空气之间并没有进行直接基础，可以提高室内控制环境质量。为此可以选择间接应用方案进行设计。在间接应用方案中，因为热管所具有的高导热特性单位面积换热量较大，设备体积小，方便安装，为此适用于间接利用方案中。
当下以热管为基础的间接应用冷源方案的已经具备成熟技术，并获得良好效果。新型分离式热管系统诞生，该系统主要是通果室内的换热器和户外换热器以及中间管道连接而成。数据中心所产生的热量经循环风传输至室内换热器蒸发端，和热管实施热量交换，冷却循环风，热管吸收热蒸汽并将其转化为蒸汽，蒸汽利用压差会传输至室外换热器，在户外自然冷源环境下进行冷却，凝结成液体，随后通过重力循环到蒸发端的换热器当中，结束热循环。该系统还拥有安全稳定、冷却能力强、能耗低等优势，安装过程方便，不需要对机房实施过大的变动。该种系统也逐渐应用到各个数据中心当中，通过调查发现，分离式新型热管系统的应用，能够使暖通空调系统节能40%到50%左右。
结语：综上所述，暖通空调系统在进行节能设计过程中拥有较高的复杂性与综合性，为此想要进一步提高节能效果，需要相关设计人员充分结合暖通空调系统运行中的能源消耗现状，按照节能设计基础要求，系统分析空调节能技术，保障暖通空调系统的稳定运行。
参考文献：
[1]戴力军.基于水冷式中央空调的数据机房暖通空调系统节能设计[J].科技视界，2019（17）：252-253+243.
[2]李林达，洪晓涵.“闭式冷却塔+磁悬浮冷水机组”用于数据中心空调系统的节能设计[J].制冷与空调，2017，17（08）：63-67.
[3]钟世民，韩海泉.大连市某数据中心空调系统节能设计及经济分析[J].建筑热能通风空调，2017，36（10）：56-60+99.
论文作者:郝巍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：数据中心论文; 气流论文; 机柜论文; 空调系统论文; 机房论文; 暖通论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第25期论文;