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西安某数据机房空调制冷系统的节能设计

双击自动滚屏 发布者:精密空调 发布时间:2018-03-22 10:07:27 阅读:次【字体:

近年来随着社会的发展和人民生活水平的提高,金融、网络、通信、电力等各行各业都开始集中建设数据机房;由于数据容灾机房建设在国内属于新型项目,没有成熟的设计思路,且属于各行业高度机密部门,收资困难。投资大、安全可靠性要求高、能耗大是数据容灾机房的最大特点。在数据机房建设中如何节约投资,提高安全可靠性,减小能耗,降低PUE值至为重要。而在我国数据机房建设中,空调能耗约占总能耗的45%,国内有些机房空调能耗甚至达总能耗的60%。数据机房:为数据存贮设备提供运行环境的场所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分,包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。

1 工程概况

本工程规划净用地30.147亩,布置有数据中心机房、地下柴油发电机室,均一次建成。数据机房(地上四层,地下一层)建筑面积为18020.46平方米,地下柴油发电机室为全地下1层,建筑面积为723.68平方米,一期总建筑面积18744.14平方米。机房及地下柴油发电机室已全部建成,且数据机房一、二层(共四个标准模块机房和一个非标准机房)及部分地下室设备用房已投入运行。根据机房建设的定位、使用性质、管理要求和重要性,该机房按《电子信息系统机房设计规范》GB50174—2008中A级机房标准建设,冗余等级达到国际机房建设Tier3,局部达到Tier4的国际最高水平。

2 负荷分析

注:二层405m2的标准数据机房共3个。从上述列表可以看出,数据机房内机柜散热量远远大于冬季维护结构消耗的热量,因此数据机房空调需常年制冷。

3 业主方的要求

本工程属某大型国企同时在北京、上海、西安建设的三个数据机房之一,按照业主方总部要求:数据机房、通信机房、网络机房、测试机房及UPS室采用机房专用精密空调;中控室、应急指挥中心采用组合式空调机组;运维会商室室、软硬件调试室、介质库、各办公室等辅助用房采用风机盘管系统;机房专用精密空调采用冷冻水型,全年7*24h供冷;组合式空调机组、风机盘管夏季供冷,冬季供暖,过渡季节关闭;新风机组全年7*24h运行,夏季及过渡季节制冷,冬季新风系统不做温度处理,仅做过滤处理。制冷设备采用N+1冗余配置,采用双回路供回水系统,末端采用环状供回水管网,正常情况下双路冷冻水系统各承担50%负载的模式运行,如果某一路出现故障或检修维护时,负载自动切换到另一冷冻水系统。

4 制冷系统的优化设计

在数据机房空调制冷中,国内一般均采用水冷冷水机组全年制冷,压缩机能耗很高,为降低空调制冷压缩机能耗,我们对制冷系统进行了优化,使系统可充分利用室外的自然冷源,即冬季室外温度较低,通过换热完全可以达到降低机房内温度时,采用室外冷却塔与室内换热器换热制冷;当夏季室外温度较高,通过换热不可能降低机房温度时,采用制冷压缩机工作制冷;当过渡季节室外温度较低,通过换热可以降低数据机房内的温度,但达不到设定值要求时,先采用室外冷却塔与室内换热器换热制冷,再采用制冷压缩机工作制冷,达到设定之后送入末端。

5系统控制说明

自然冷却运行工况点为室外湿球温度≤8℃,即在环境湿球温度低于系统出水温度1~2℃时即可以开启自然冷却功能。系统运行如下:

室外湿球温度≤3℃完全自然冷却时,系统相当于1用3备;室外湿球温度3℃—8℃采用联合供冷时,1号板换与1号主机、2号板换、2号主机,系统相当于1用1备;室外湿球温度>8℃采用冷水主机供冷,系统相当于1用1备。

A)由机械制冷切换到自然冷却的切换说明:

第一、必须同时满足下列三条:

①室外湿球温度低于8℃,时间持续20分钟以上;水温持续下降或水泵流量持续降低;②冷水机组负荷小于单机总负荷的95%(切换后机组为单离心机组运行,故机组负荷需要小于单机负荷,并保留5%裕量);⑧冷水机组负荷大于单机工作允许的最小负荷,本工程为机组额定容量的15%。

第二、切换与负荷调节:①若负荷低于40%,机组处于单机运行状态;②若负荷为40%-95%,机组在切换之前,关闭热备机器,机组负荷调整为单机运行负荷;③切换后机组泵流量不变,检测出水温度,离心机组可以自动调低负荷至设定的出水温度。以充分利用自然冷却;④若水流量低于水流额定流量的90%,则逐渐增大冷冻水泵流量至额定的100%,以换热器前回水温度控制冷水机组输出,不断调低离心机输出至15%。(机房若有温度上升,EC风机会自动调高风量输出,强化换热,以提高携冷量。规定90%流量是考虑机组切换的回差。)⑤冷水机组负荷低于15%,则关闭离心机,开启2号板换,以低负荷运行或可以让冷水机组热备,以应对过渡季节的温度及负荷变化。

第三、冷水机组关闭或处于热备,若换热器出水温度低于设定值,侧减少冷却塔泵侧水流量。

B)自然冷却到机械制冷的切换说明:

第一、必须同时满足:①机组处于热备;②水泵处于90%以上负荷;⑧板换回水温度高于设定回水温度12+0.5℃,且持续升高;④连续检测到机房控制温度高于设定点2℃,30s立即调整负荷;⑤冷却水回水温度高于13℃:⑥总冷负荷大于单台冷水机组负载的15%,即450kW。

第二、机组处于热备48小时内无运行记录,机组处于冷备;①水泵处于90%以上负荷;②板换回水温度高于设定回水温度12+0.3℃:⑧连续检测到机房控制温度高于设定点2℃,30s:④泵以最大负荷运行,机组240s内启动。⑤1号(主机)系统与2号(主机)系统互为备用,单机运行时,轮流备份。

6 结论

根据西安地区气象参数统计,西安全年可完全利用换热制冷的时间达到3107小时,可利用换热和压缩机工作联合制冷的时间为1167小时,制冷系统切换延误率按15%考虑,利用该全年制冷系统,本工程空调制冷压缩机年节约用电达到34%。本工程采用两套制冷系统并联布置,两套制冷系统互为备用,夏季及过渡季节达一用一备,冬季达一用三备;采用双路供回水系统,末端采用环状供回水管网,避免单点故障,有效增强系统的安全可靠性;正常情况下两个系统各负担50%的负荷运行,当一个系统故障时,另一个系统满负荷运行,有效增加系统冷冻水容量,系统内冷冻水量可满足机房运行半小时不宕机,使机房的安全可靠性得到进一步提高。 

来源:机房空调 /


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