①②中国电信集团公司山东分公司 山东济南 250101；
③华信咨询设计研究院有限公司 浙江杭州 310014
摘要：介绍了中国电信某基地数据中心空调冷源系统设计思路及特点，概述了数据中心空调系统的气流组织，设备配置，节能措施。
关键词：数据中心；节能；空调系统设计；冷热源
引言
目前数据中心的设计已经在工程行业里形成一个专业领域，针对安装在数据中心内的设备功率密度、可靠性、灵活性等要求，空调系统的设计方式也不尽相同，本文就中国电信某基地数据数据中心空调系统的设计案例作一介绍，以供同行参考。
1 工程概况
本工程项目选址位于青岛市黄岛区国际生态智慧城内致远中学以南、国际生态智慧城建设指挥部以西的范围。总体规划建筑约14.35万平方米，其中数据中心（含动力中心）约5.3万平方米，呼叫中心楼2万平方米，运维支撑中心1.5万平方米，智能城市等新业务中心3万平方米，生产配套用房约2.55万平方米。根据“整体规划、分步实施”的原则计划分一、二、三期进行建设。本工程为一期项目，共建设1个数据机房和1个动力中心。其中数据机房楼地上共4层，建筑高度：20.4m，建筑面积：14900m2。地上各层功能如下：
一层：门厅、配电房、冷冻机房、机房、进线室等
二~四层：电力电池室、数据机房、备品备件、钢瓶间等
本工程空调系统按三、四层数据机房满足国标A级机房要求，即达到冗错级。空调设备配置需保证在空调系统需要运行期间，其空调设备不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修而导致数据中心运行中断。冷水机组、水泵、冷却塔、空调末端等设备应按N+X冗余配置，空调水管道系统为独立双回路，互为备份，管道设置必要的阀门以保证在管道故障、维护时可切换。一层、二层数据机房满足国标B类机房要求，即达到冗余级。
表 1.1 1 数据中心各级机房空调配置标准选用
2 数据机房空调冷源介绍
冷源配置：
本工程数据中心冷源采用集中式水冷冷冻水系统+集中式冷却水系统相结合的空调系统。根据根据工艺专业规划，该数据机房夏季冷负荷为12164kW。终期共配置2套独立集中式水冷冷冻水系统+1套集中式冷却水系统，每套冷冻水空调系统占终期整个空调负荷的52%；一套冷却水空调系统占终期整个空调负荷的54%。终期空调冷源形成0.5+0.5+0.5的系统（0.5代表每套独立冷源占整个空调负荷的百分比为50%）考虑数据中心的远期冷量冗余量，数据中心机房楼每1套冷冻水空调系统选用2台900RT（3164kW）380V水冷离心式冷水机组；冷却水空调系统冷源配置2台700m3/h的开式冷却塔。冷冻水空调系统供回水温度为12/18℃，冷却塔采用开式塔。每台制冷主机机组配套一台板式换热器，冬季或过渡季节室外温度较低时，由冷却塔及板式换热器提供冷源，减少冷冻机组开启时间、降低能源消耗。2套空调冷冻水和1套冷却水均采用双管同程式变流量系统，循环管路为1+1方式备份，平时主备管路同时使用，检修或故障时可相互切换，保证机房正常运行
特点分析：
本次空调冷源方案相当于采用了3套相互独立的供冷子系统（2套冷冻水系统+1套冷却水系统），当任何一套系统故障，其他2套系统均能满足机房制冷需求，提高了供冷系统的可靠性和稳定性。其中2套冷冻水空调系统设置如下：一层设置了南、北两个相互独立的冷冻机房（见下图 2.1-1 一层平面图），每个冷冻机房各设置了2台制冷量为900RT（3165KW）冷水机组作为一套子系统，每套子系统的制冷量占终期总冷负荷的50%。每套子系统相互独立，同时又可以通过南北冷冻机房内分集水器之间连通管上阀门的开闭实现相互联通，可以互为备用，初期数据机房IT负荷较低，一个冷冻机房的制冷量能够满足IT负荷需求时，可打开分集水器之间连通管上阀门，由一个冷冻机房供冷即可。冷冻水空调系统图见图2.1-2。图中左右为2个相互独立的冷冻水单元，每个单元由2台900RT（3165KW）离心式冷水机组及相应板式换热器、冷却塔、水泵等组成。
图 2.1 2 冷冻水空调系统图
集中式冷却水空调系统冷源配置2台700m3/h的开式冷却塔集中制备冷却水，冷却水供/回水温度32/37℃，水泵设在屋面，通过设置在各楼层的壳管式换热器带走机房热量。（集中式冷却水空调系统的原理见图2.1-3）集中式冷却水空调系统占终期总冷负荷50%。
图 2.1 3 集中式冷却水空调系统的原理图
当初期IT负荷极低，低于1台离心式冷水机组最低负载要求（冷机无法稳定运行）时，此时采用集中式冷却水空调系统仍可以稳定运行，很好的解决了初期低负载冷机无法启动的问题。当负载升高时，采用冷冻水空调供冷，冷却水空调系统作为备用，起到节能作用。
3空调系统运行策略：
根据室外湿球温度信号进行冷水机组的2种工况切换：机械制冷工况、完全自然冷却工况。
（1）当室外湿球温度大于4℃（可调）时，制冷组处于机械制冷模式。当处于机械制冷模式，为提高制冷机组COP，冷却塔出水温度可设定为室外湿球加6℃（根据实际情况可调），冷水机组最低进水温度为15.5℃（可调）。
（2）当室外湿球温度达到4℃（可调）且冷却水出水温度达到10.5℃（可调），并维持20分钟（可调），制冷单元控制器发出完全自然冷却模式的命令。此时，冷水机组关闭，冷却水泵根据换热器冷冻水出水设定温度12℃（可调）变频调节，冷却塔风机根据冷却水出水温度10.5℃（可调）变频调节。
全部自然冷却工况下，如果所有冷却塔风机全部运行持续20分钟，换热器冷冻水供水温度始终高于12℃（可调）并持续15分钟（可调），全部自然冷却工况将被终止。制冷组将通知制冷机管理器解除全部自然冷却模式进入机械制冷模式。
4 数据机房空调末端配置方案：
每个数据机房各配置了冷冻水型空调末端和冷却水型空调末端，其中冷冻水型空调末端容量按每个机房终期制冷量需求配置，冷却水空调末端容量按每个机房终期制冷量需求的一半配置，相当于每个机房末端总的制冷容量为制冷需求的1.5倍。数据机房的空调区设置在机房的东西两侧，其中西侧的冷冻水末端的冷水来自北侧制冷机房，东侧的冷冻水末端的冷水来自南侧制冷机房。冷却水空调末端均匀分布在东西两侧空调区。空调末端总容量的按N+X配置，满足A级机房要求。
图 5.1-1典型机房空调末端配置图
5 空调气流组织：
机房空调气流组织，采用冷、热通道隔离的方式。机房计算机柜以面对面和背靠背成排方式布置，采用冷通道封闭，将冷、热通道完全隔离。空调系统采用架空地板下送风、上回风的气流组织方式，送风口设置在冷通道的架空地板上，送风口采用孔板风口600mm×600mm，架空地板高度800mm，根据送风量设计开孔率，配套调节阀调节每个风口的送风量，回风口空调区隔墙上方。
6 不间断制冷：
空调冷冻水系统设蓄冷罐，解决市电中断、油机启动至冷水机组恢复运行这段时间的空调系统供冷（此时蓄冷罐放冷泵、空调末端风机用电由UPS保障），以保证空调系统与通信设备不间断的同步运行。蓄冷保障时间按满足机房15min考虑。
7 结语
本系统在设计时参考了国内外众多大型数据中心建设的经验，设计方案综合考虑了数据中心建设的自身特点，并采取合理的节能措施，以获得最大的社会效益和经济效益。
论文作者:李民军①,李厚亮②,沈江③
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/2/28
标签：机房论文; 冷却水论文; 空调系统论文; 空调论文; 可调论文; 数据中心论文; 冷却塔论文; 《基层建设》2018年第35期论文;