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摘要：近年来，我国的社会经济飞速发展，迎来了信息时代，数据中心作为信息化建设中重要的基础设施，其施工规模逐渐扩大，暖通系统的能耗量也大幅度上升，数据中心工程暖通系统的节能设计显得非常关键。基于此，本文从IT设备对周边环境要求的视角分析，提出了一套安全、节能的暖通系统设计方案。
关键词：数据中心工程；暖通系统；节能措施
引言
在数据中心工程中，能耗主要来源于三个部分：一是信息设备，能耗占比50%；二是空调系统，能耗占比40%，三是电源系统，能耗占比10%。评估数据中心工程是否节能，有利于保证系统安全稳定运行，最大程度上提高设备的能效比。在金融行业，电信设备集成度明显提高，如何减少能耗、降低成本，建设绿色数据中心，成为相关企业的重要任务，以下对此进行探讨。
1合理应用冷源系统
对数据中心暖通系统中应用节能措施是将冷水机组与板式换热器进行串联，采用自然冷却技术带走机房内产生的热量，以促使占制冷系统大部分能耗的冷水主机在全年的时长内能间歇运行，从而实现节能效果。以北京地区的数据中心工程为例，当室外湿球温度低于11.5℃时，冷却塔出水温度低于16.5℃，冷却水系统切换到部分自然冷却状态，此时用户侧冷冻回水先通过板式换热器进行预冷却，再进入到冷机蒸发器，可提供12℃的冷冻出水；当室外湿球温度小于5.5℃时，冷却水出水温度低于10.5℃，系统切换到完全自然冷却状态，此时用户侧冷冻回水先通过板式换热器与冷却水进行换热，可以直接提供12℃的冷冻出水，冷水机组呈关闭工况。根据北京地区的全年气象参数，该系统在全年中有13.4%的时间内处于部分自然冷却状态，冷水主机处于节能运行工况；42.1%的时间处于完全自然冷却状态，冷水主机关闭运行，经过计算发现其全年可以节省47.5%的能耗。
2送回风方式的选择与节能手段
合理设计气流组织，对于数据中心机房的运行具有重要作用，尤其是要避免冷风、热风混合，根据数据中心实际符合情况，对精密空调送回风方式进行划分：⑴同一机房单个机柜功率3KW、总功率低于100KW的机房，可采用下送风侧回风的方式进行冷却；⑵总功率高于100KW的机房，可采用下送风上回风封闭式热通道的方式进行冷却；⑶对于某些特殊的高功率服务器，可能传统的冷却方式已不能满足其散热要求，则采用紧靠热源制冷的冷却方式进行供冷。此外，在优化气流组织的同时，还应该优化室内布局。以机柜布置为例，以往没有考虑到气流组织要素，因此普遍按照统一朝向进行布置，如此带来的缺点，是前排机柜的散热，和后排机柜的冷空气混合，由于进风温度增高，降低了空调的制冷效率。对此，机柜布置时应该采用面对面、背对背的形式，对于未上设备的闲置机柜，或者服务器与服务器之间的空白间距，加装消隐盲板阻止冷热空气混合，提高冷气六的利用率；如此布置的优点，使机柜之间形成热通道或冷通道。其中空调系统的冷气流经过冷通道，然后进入机柜内部；服务器冷却后形成的热气流，经过热通道回到空调系统内部。如此一来，冷气流和热气流相互隔开，可以防止两者混合，从而提高冷却效率，实现节能目标。
3送风参数的设计
数据中心工程中，对于主机房的送风系统，其温、湿度的设计标准应与相应的IT设备对环境的要求保持一致。例如：我国的数据中心的主机房内，温湿度的参数设计如下：开机时，机房的室内温度为23.0±1.0℃，湿度控制在40.0%-55.0%；停机时，室内温度为5.0℃-35.0℃，相对湿度控制在40.0%-70.0%。可是，没有对具体地点的温度作出明确说明，对于封闭式的冷/热通道是不适用的。相关设计人员可以借鉴美国ASHRAE的相关标准，即规定了IT机房中的送风温度应控制在18.0℃-27.0℃范围内，露点温度应控制在5.5℃-15.0℃范围内，在对送风的温湿度进行确定的时候，在推荐的参数基础上，可尽量上调温度，进而能够从某种程度上提升冷冻水系统的供水温度，既能够让冷机的COP值得到大幅度上升，又使自然冷却下的室外温度设定点提升，使自然冷却的时间延长，达到了节能目的。而湿度设计时，由于冷热通道的相对湿度不同，可以对露点的温度加以控制，一般将露点温度设为11.5℃。
4合理运用气流组织数据
数据中心主机房的气流组织设计主要目的是避免出现冷热风混合的情况，并且若是单机柜的热密度低于5 kW时，则应考虑采用冷热通道设计原则。反之，则要考虑采用封闭冷热通道的相关设计原则，但对于封闭热通道还是冷通道的问题，现阶段我国多以封闭冷热通道为主，但随着对室内设计送风的实际温度不断提高，通常建议采用封闭冷热通道，其不仅能够满足人们居住环境的舒适度，而且还能降低冷热通道本身造成的漏风率。通过表1和表2所示的两冷量利用系数对比及三种送风方式的能源效率度量比较，封闭冷通道的送风温度与封闭热通道基本一致，但在回风温度上，前者低于后者，最大高出2℃。就冷量利用系数而言，热通道封闭效果更好，最高为1.7，而冷通道封闭最高仅为1.2。同时对比上送风、下送风和列间送风方式，以机房负荷为20 kW为例，上、下送风的房间能效均为0.472，列间送风为0.606，而在PUE值上，三种送风方式分别为1.56、1.56、1.33。因此，为保障整体气流稳定和冷量的高效利用，则需采用架空地板下送风上回风的方式。
5数据中心的环境标准
数据中心内的空调系统，主要包括两个部分组成：一是空调设备，二是通风循环设备。其中，空调设备用来处理机房回风，一般使用专用精密空调，将温度、湿度、洁净度指标控制在标准范围内。通风循环设备将冷气流输送至机柜热源，设备换热后将空气送回空调设备。考虑到数据中心发热量高、散湿量低，空调系统运行期间，大送风量能有效排走热量，小送风焓能防止设备结露。如下表1，是主要设备工作时的温度和湿度范围。如果温度过高，电子元件的工作效率降低，每增高10℃工作效率降低25%；温度过低会加快结构硬化脆化。湿度过大容易造成短路，影响电路安全性；湿度过小会产生静电，破坏元件性能。
表1：数据中心内主要设备的温度、湿度要求
此外，不同国家、不同厂家生产的设备，使用时的温度和湿度要求也有差异，因此制定了数据中心的环境标准，见下表2。只有工作环境满足标准要求，各种设备才能处于最佳运行状态。
表2：部分国家数据中心的环境控制标准
结束语：总之，本文从节能的视角分析了我国数据中心工程中的暖通空调系统，关于节能措施的选择，可结合实际的设计项目而定，从多个视角分析主要特征，有效地选用节能技术，或进行技术拆分、整合，制定针对性较强的设计方案。IT设备的基础设施应与IT技术的发展要求相符，在科技不断发展下，我国的制冷系统还会占有更大的市场，相关的暖通空调的设计工作者，应当积极地了解最新的IT设备，不断地优化设计思路，让空调系统功能更加优越。
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