[廣東水蓄冷]數(shù)據(jù)中心空調(diào)規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心是耗能、耗水大戶，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，空調(diào)也是主體專業(yè)也是工藝專業(yè)。那我們主最關(guān)注什么呢？主要關(guān)注安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可擴(kuò)展性。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)不同的需求來(lái)設(shè)計(jì)，滿足等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在線維護(hù)?？照{(diào)曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一個(gè)閥門壞了整個(gè)空調(diào)停運(yùn)，這個(gè)是不允許的，任何一個(gè)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程出現(xiàn)故障中都要能夠安全退出，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，這是設(shè)計(jì)的重要原則。等級(jí)比較高的機(jī)房（T3、T4）的機(jī)房有這個(gè)要求。

我想講的內(nèi)容比較多，今天講前面幾個(gè)部分，后面小的字體以后有機(jī)會(huì)再和大家一起交流。

首先，數(shù)據(jù)中心的按等級(jí)是如何配置設(shè)備與系統(tǒng)？特別是空調(diào)是如何配置的？這是一張表，制冷系統(tǒng)，冷源的配置情況，如果按照T3的標(biāo)準(zhǔn)是N+1，T4的標(biāo)準(zhǔn)就要2N雙冷源，這個(gè)是要注意的。然后我們的空調(diào)末T3標(biāo)準(zhǔn)是N+1，T4標(biāo)準(zhǔn)2N。供水的管路，T3標(biāo)準(zhǔn)一定要做到單循環(huán)，T4標(biāo)準(zhǔn)要求雙管路連續(xù)供冷，主機(jī)停了，電源停了，制冷也要保證的，T3機(jī)房一般是要求大于4千瓦的單臺(tái)機(jī)柜就要做到連續(xù)供冷，T4是必須的，保持15分鐘。

這些是我們?cè)O(shè)計(jì)空調(diào)很重要的原則，參照美國(guó)的T3標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)我們的電信、移動(dòng)也參照該標(biāo)準(zhǔn)在做，我們?cè)O(shè)計(jì)院基本上是按照這個(gè)要求來(lái)設(shè)計(jì)。

冷源的選擇，是我們的重中之重，冷源種類很多，列了一個(gè)表格，有風(fēng)冷、直接蒸發(fā)冷；風(fēng)冷的冷水機(jī)組；還有水冷的冷水機(jī)；還有蒸發(fā)冷冷水機(jī)；溴化鋰機(jī)組。品種很多。主要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模、建筑形式、南北的地域差異來(lái)選用。各自都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，目前主流的還是風(fēng)冷的和水冷機(jī)組用的比較多，特別是隨著數(shù)據(jù)中心的密度越來(lái)越高，大型的數(shù)據(jù)中心越來(lái)越多，面積大的越來(lái)越多，幾百個(gè)機(jī)柜，這都屬于小的，大的都要幾千個(gè)機(jī)柜，所以現(xiàn)在是冷量越來(lái)越大。

這個(gè)地方我就想簡(jiǎn)單介紹一下新的冷源產(chǎn)品----磁懸浮主機(jī)，我們做了分析比較，設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中也碰到磁懸浮主機(jī)方案，可能是將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)或者說(shuō)將來(lái)發(fā)展的方向，現(xiàn)在磁懸浮的目前來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)或國(guó)際上做的制冷量單臺(tái)不是很大。據(jù)我們了解，全國(guó)用的單臺(tái)最大的約800RT，大部分用的都是在600RT以下的，所以說(shuō)優(yōu)勢(shì)主要是振動(dòng)和噪音非常小。另外啟動(dòng)比較迅速，不像大的離心機(jī)啟動(dòng)時(shí)間比較慢。我們希望數(shù)據(jù)中心啟動(dòng)從斷電到達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)間越短越好，這個(gè)時(shí)間短，意味著我們連續(xù)供冷的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)也意味著我們蓄冷罐數(shù)量就可以做小。目前應(yīng)急冷源基本都是按15分鐘來(lái)做。這個(gè)表格是我自己列出來(lái)的，根據(jù)我們做了十幾個(gè)數(shù)據(jù)中心，做了簡(jiǎn)單分析。我們認(rèn)為：按機(jī)架平均密度4kw考慮，在500個(gè)機(jī)架以下，主要是考慮風(fēng)冷或者小型的蒸發(fā)冷的形式，500到1000個(gè)機(jī)架的范疇，兩種選擇都可以，風(fēng)冷和水冷，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)的詳細(xì)比較，一千個(gè)以上，大型的冷水機(jī)房，主要還是考慮以水冷的為主。

主機(jī)選擇的冷量怎么確定?提一個(gè)我們的想法，冷負(fù)荷主要是工藝?yán)湄?fù)荷和維護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)等冷負(fù)荷，工藝?yán)湄?fù)荷占90%以上。所以主機(jī)選擇（下面是一個(gè)估算值）有兩種算法，一個(gè)就是把兩個(gè)的值加起來(lái)，乘上1.1到1.2的安全余量，第二種的算法前面的冷量是0.6到1的同時(shí)使用系數(shù)，我們建議是按第二種，冷量不能用最大值，選的主機(jī)過(guò)大，造成浪費(fèi)，這個(gè)投資不但是空調(diào)的浪費(fèi)，與空調(diào)相關(guān)配套的UPS、EPS、變壓器這些容量都會(huì)偏大，所以空調(diào)計(jì)算非常重要。我們統(tǒng)計(jì)了幾個(gè)數(shù)據(jù)中心，我們發(fā)現(xiàn)前面的同時(shí)使用系數(shù)（0.6到1之間）的大部分都在0.6、0.7、0.8的水平。我們說(shuō)一棟樓有一個(gè)同時(shí)使用系數(shù)，每一個(gè)機(jī)房也有同時(shí)使用系數(shù)，機(jī)房里面每一個(gè)服務(wù)器也有同時(shí)使用系數(shù)，并不是說(shuō)同時(shí)最大值，計(jì)算冷負(fù)荷空調(diào)的時(shí)候，從設(shè)計(jì)的角度，從管理的角度，大家都可以深思一下。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行以后發(fā)現(xiàn)絕大部分設(shè)計(jì)是偏大的。因?yàn)閷?shí)際運(yùn)行指標(biāo)沒(méi)那么大，所以有過(guò)度設(shè)計(jì)之嫌。

冷負(fù)荷估算指標(biāo)的選取，我們也是統(tǒng)計(jì)了一些，曾經(jīng)做過(guò)廣州超算的數(shù)據(jù)中心，最大的單機(jī)架功率超過(guò)90kw，采用的空調(diào)方式也非常特殊，不是房間級(jí)、列間級(jí)，是專門為它搞了一套空調(diào)設(shè)備。目前數(shù)據(jù)中心大部分的單機(jī)架平均功率都是在10kw以下，主流大概在4~ 6kw。3kw以下的也很少設(shè)計(jì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，密度可能會(huì)越來(lái)越高。所以我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，有60%以上是4~6kw，根據(jù)客戶的不同需求，預(yù)留了20%~30%的容量能夠擴(kuò)容，擴(kuò)展到10~20kw范疇之內(nèi)。同樣空調(diào)、電力都要匹配，就是剛才說(shuō)的叫可擴(kuò)展性，一次設(shè)計(jì)成功，比如說(shuō)做了一半，將來(lái)需求變了，市場(chǎng)變了，二次設(shè)計(jì)的時(shí)候也能夠通用，也就是我們所說(shuō)的叫做建筑通用化，機(jī)電定制化或模塊化。

針對(duì)自然冷卻，我也想講一下，有條件地區(qū)的自然冷卻必須要用的，我們統(tǒng)計(jì)了一下，按照我們國(guó)家的地緣，目前分成五個(gè)大的區(qū)域，嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)都是有條件用的，特別在西北、東北、張北這些地區(qū)，基本上每年都有將近一半的時(shí)間，最少三分之一的時(shí)間可以用。在廣州或者福建、華南這樣的一些夏熱冬暖地區(qū)用的時(shí)間很少。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種自然冷源也在這些地方用，比如風(fēng)冷帶節(jié)能模塊的主機(jī)，過(guò)去10℃節(jié)能模塊就能完全運(yùn)行，壓縮機(jī)停運(yùn)，現(xiàn)在慢慢的提到14、15℃；隨著數(shù)據(jù)中心的送風(fēng)溫度在逐步提高，過(guò)去冷凍水供回溫度是10~15℃，現(xiàn)在逐步提到12~ 18℃，以后可能還會(huì)逐步提高，但提高也是有限的，提的很高會(huì)引起其他的問(wèn)題?，F(xiàn)在主機(jī)房的送風(fēng)溫度見(jiàn)新國(guó)標(biāo)的推薦值。我想當(dāng)冷凍水的溫度已經(jīng)提到12~18℃，供回水溫差6℃水冷的中央空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)室外濕球溫度低于10℃的時(shí)候，理論上就可以開(kāi)始完全的自然冷卻，但考慮預(yù)留安全余量，通常我們推薦的室外濕球溫度5~7℃的時(shí)候才能完全自然冷卻，所謂完全自然冷卻就是壓縮機(jī)停止運(yùn)行，我們用室外的自然冷源，采用用冷卻塔加板換的模式或者用閉式冷卻塔的模式都可以做到，風(fēng)冷也是一樣，這是風(fēng)冷的自然冷源的形式，主要里面加了一個(gè)節(jié)能模塊，加了以后壓縮機(jī)和節(jié)能模塊之間可以同時(shí)運(yùn)行，叫部分自然冷源，也可以壓縮機(jī)運(yùn)行即獨(dú)立制冷，也有可以節(jié)能模塊完全運(yùn)行，這個(gè)就是完全自然冷卻的模式?，F(xiàn)在水冷空調(diào)的自然冷源形式往往是冷卻塔加冷水機(jī)組，這里冷卻塔是有兩種，一種是閉式冷卻塔，一種是開(kāi)式冷卻塔，各有利弊，我們做的大部分是開(kāi)式冷卻塔加板換，占了70~80%，閉式冷卻塔只占到10%~20%，閉式冷卻塔為什么較少？主要是閉式冷卻塔造價(jià)比較貴，冬天防凍問(wèn)題不好解決，特別是嚴(yán)寒地區(qū)，這個(gè)是要考慮的。下圖是自然冷源的原理圖，我的冷卻塔和主機(jī)、板換之間是串聯(lián)的關(guān)系。

第二個(gè)問(wèn)題蓄冷，蓄冷主要解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是減少運(yùn)行的費(fèi)用，一個(gè)是容災(zāi)，有兩個(gè)功能，蓄冷形式主要是兩種，水蓄冷和冰蓄冷，目前來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)中心基本上采用水蓄冷，冰蓄冷用的非常少，幾乎沒(méi)有，為什么？因?yàn)樗罾渥畲蟮膬?yōu)點(diǎn)是放冷的速度快，隨時(shí)隨地可以調(diào)出來(lái)用；一般是用鋼管或者叫做蓄冷罐串聯(lián)的系統(tǒng)里，這種容災(zāi)更及時(shí)。還有一種用的是蓄冷水池，通常有峰谷電價(jià)的地方采用，容災(zāi)時(shí)通過(guò)板換，冷水進(jìn)入空調(diào)主系統(tǒng)，這種方式現(xiàn)在也在逐步采用，因?yàn)楝F(xiàn)在峰谷電價(jià)的地方往往做大型的水蓄冷池，有滿足蓄冷、容災(zāi)兩個(gè)功能。

大型的水蓄冷池一方面能起到容災(zāi)的作用，另外一方面起到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。我們?cè)跂|莞某個(gè)數(shù)據(jù)中心做了一個(gè)大的蓄冷水池，廣東第一個(gè)在通信行業(yè)做的3500m3大型蓄冷池，凈的裝水量3300m3，制冷主機(jī)是1100RT。目前運(yùn)行情況來(lái)說(shuō)，初期機(jī)架不多的時(shí)候，這一池子水裝滿了以后，一兩百個(gè)機(jī)架能夠4到5天不用開(kāi)制冷主機(jī)，特別適合初期機(jī)架少的時(shí)候。但是主機(jī)又配的比較大的情況，如果離心機(jī)配大了，機(jī)架太少，是開(kāi)不起來(lái)的。因?yàn)殡x心主機(jī)要達(dá)到20%以上的負(fù)荷，才能夠穩(wěn)定運(yùn)行。如果制冷主機(jī)選的多大，機(jī)架配的多少，制冷主機(jī)一開(kāi)很快就會(huì)停機(jī)，所以這個(gè)蓄冷水池還起到緩沖這么一個(gè)作用。

我們跟大家分享一個(gè)案例，這個(gè)項(xiàng)目是某央企的數(shù)據(jù)中心，面積4000㎡，總共做了5個(gè)機(jī)房，非常有特色，高中密度的都有，其中有3~6kw的，6~8kw，8~10kw，還有12kw的，為什么要檔次這么多，是根據(jù)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃到2030年滿足業(yè)主使用要求，我們規(guī)劃是未來(lái)可能會(huì)有8~12kw的機(jī)架。目前來(lái)說(shuō)使用的中低密度的3~6kw的機(jī)架。

空調(diào)冷源的配置，選用3臺(tái)640RT的離心機(jī)，兩臺(tái)變頻，1臺(tái)定頻，關(guān)于變頻和定頻，是非常有研究的；為什么要選變頻，什么情況下選定頻？我們從初期投資、初期運(yùn)行電負(fù)荷低等特點(diǎn)考慮，或者是說(shuō)數(shù)據(jù)機(jī)房裝機(jī)不飽滿的情況下，變頻主機(jī)性能比是比較高的，所以目前兩臺(tái)變頻，然后一臺(tái)定頻。

同時(shí)從安全的角度配置了兩臺(tái)蓄冷水罐，80m3，滿足數(shù)據(jù)機(jī)房15分鐘的持續(xù)供冷能力。另外我們?cè)O(shè)計(jì)了開(kāi)式冷卻塔加板換的自然冷源，當(dāng)溫度小于6℃完全自然冷卻，溫度選擇很重要，如果說(shuō)6℃完全自然冷卻，冷卻塔配置是比較大，如果說(shuō)更高，說(shuō)8℃就要自然冷卻，冷卻塔配的要更大，當(dāng)采用自然冷卻時(shí)，夏天、冬天冷卻塔冷的容量相差很大，冬天自然冷源配冷卻塔是夏天空調(diào)的兩倍左右，兩臺(tái)冷卻塔冬季用，夏季開(kāi)一臺(tái)就夠了。

這里是我們的系統(tǒng)原理圖，這是主機(jī)，藍(lán)色的是供水系統(tǒng)，形成一個(gè)環(huán)管，前面做了蓄冷水罐，這樣保證安全，同樣我們的回水管也是一樣的，也是通過(guò)三臺(tái)泵并聯(lián)的形式打進(jìn)來(lái)，然后回水管也形成環(huán)管，冷卻水系統(tǒng)也是一樣，供水也是形成一個(gè)環(huán)管，回水也形成一個(gè)環(huán)管，為什么要形成單環(huán)管，就是確保我們的供冷系統(tǒng)非常安全，滿足T3標(biāo)準(zhǔn)。

這是當(dāng)完全自然冷卻時(shí)的原理圖，通過(guò)兩臺(tái)板換，就能把冷凍水供出去，兩臺(tái)板換和后面的冷卻塔形成回路，主機(jī)停止工作下完全自然冷卻。在完全自然冷卻和完全壓縮制冷的情況下，根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，可以用部分自然冷卻來(lái)混合這部分水，也可以滿足部分自然冷卻的情況。

這個(gè)是我們制冷機(jī)房的布置，三臺(tái)冷水主機(jī)，兩臺(tái)板換與主機(jī)并聯(lián)，這個(gè)機(jī)房面積比較小，只有400多平方米，這是冷卻變頻的水泵，這個(gè)是冷凍水泵，這是兩臺(tái)蓄冷罐，還有定壓補(bǔ)水的裝置，另外還有全程水處理器，保證水質(zhì)的安全。

這個(gè)機(jī)房已經(jīng)投入運(yùn)行了，目前來(lái)說(shuō)效果還是非常理想。上面的主機(jī)房里面也配置了恒溫恒濕的風(fēng)柜，配了機(jī)房的專用加濕器、加濕機(jī)組。另外還配了下送風(fēng)的恒溫恒濕風(fēng)柜，還有新風(fēng)的新風(fēng)機(jī)，處理完了以后直接送到機(jī)房，滿足了正壓的要求，屋面配了三組冷卻塔，冷卻塔選的是方形逆流冷卻塔，防凍性能好。