IDC机房空调节能实力分析

来源：阅读量：次时间：2020-07-28

应用实例
在北方某地区办公楼进行实践。该建筑位于二环内，为2013年新建的办公楼，由于需求，在一层和三层设置了数据机房，一层数据机房面积约为 563m2，夏季设计日冷负荷为 787kW，冬季设计日冷负荷为 623kW。三层数据机房面积为 475m2，夏季设计日冷负荷为 629kW，冬季设计日冷负荷为498kW。冬季由冷却塔供给冷机冷却水进行冷冻水制备，夏季则使用冰蓄冷机组提供冷冻水。目前三层采用冷冻水直供的水冷机组对数据机房进行供冷，由一台新风机组提供处理后的新风。一层则采用五台并联的空调机组提供冷量，而冷冻水则直接供给空调机组。原有设计参数：全年温度保持 23 ℃，而相对湿度维持在40%～55%。

对该项目的特点进行分析和总结后，主要有以下一些特点和问题：本项目处于寒冷地区，冬天有较大节能潜力，而该项目目前主要采用电制冷方式，没有利用自然冷源。数据机房和对应空调机房空间有限，屋顶无新增冷却塔位置。所有的刀片式服务器均需 24小时运行，无法进行停机调整，且初投资较为有限。目前一层具备增大冬季和过渡季新风引入的能力。针对现状，对以上技术初筛之后，得到如下三个方案：

方案一

新风扩容与热管技术结合的方案。一层空调机组将经过扩容，尽可能引入较多的新风，从而降低热管机组的负荷需求，而热管室外机采用风冷形式，接入空调箱。

该方案安装方便，适应性较强，尤其在干燥地区节能显著。该方案需要空间放置风冷室外机，在室内与换热器换热后，将冷量传入空调机组。经现场勘查，地下一层的室外具备一定布置条件。该方案节能性较好，但热管换热器的室外机需要较近地点进行布置，如按现场条件实施，管线较长，管线造价较水系统和常规制冷剂系统造价要昂贵许多。

方案二

新风扩容与冷却塔免费供冷结合的方案。容积式换热器可满足冬季的使用要求，低于零度需要增加电伴热，需要增加一定能耗来保证全年运行。可将换热器和水泵集中放置于设备机房。换热器设计时需要考虑冷却水水质可能带来的管堵等问题。

当在冬季室外处于较低温时，通过冷却塔得到的冷却水温度能够满足数据机房的制冷需求，此时将冷却水管路切换至换热器，直接将室内冷冻循环水冷却，而不需开启冷水机组，达到节约能耗的目的。因为电伴热的原因以及冷却塔同时使用时间的限制，节能量较小，但是对于原系统的拆改量较少，系统控制较为简单。

方案三

双系统并联方案。其中室内外一体机供回水接入现有水系统中的冷冻侧，冬季机组供水水温较低时，直接利用机组供水作为冷冻水，同时冷水机组侧停止工作。过渡季机组供水水温升高，但未超过系统回水设计温度时，可用于冷却冷冻水，冷水机组侧同时工作，但是能够以较少机头进行运行，由于负荷较小，可让冷却塔在过渡季这种模式下不使用喷淋模式，减少因此带来的冷却塔散发雾气的问题。夏季和过渡季室外气温较高时，按原有设计，以冷却塔配合建筑原有的冷机或蓄冷系统工作。该方案在严寒及寒冷地区应用时需要注意换热器的设计应考虑冬季防冻问题，主要措施为冬季和低于零度的过渡季运行时应开启主管道电加热，在换热器管道汇管处增加电加热的防护措施，防止极限天气下极低气温对设备造成损害。该方案的另外一个问题是存在较多阀门，整体控制相对复杂。

对以上三个方案进行经济性分析，比较初投资和估算节能量得到的静态回收期。计算时，根据该市气象数据，主要考虑冬季 90天与过渡季 30天的节能量。过渡季其他时间自然冷源供冷能力较弱。结果如图 7所示。节能量计算为室内外一体机自身 120天的风机能耗、输配系统 120天能耗、过渡季和冬季开启的冷机、冷却塔、电加热发生的能耗总和与之前未采用改造的冷机、冷却塔以及输配系统120天能耗的差值。初投资则要考虑设计、施工成本以及设备造价等。

结合项目场地特点和以上技术和经济性比较，可以看到，方案一的初投资最高，但年节能量也最大，静态回收期最短，大约为 4年左右，方案二投资较高，年节能量最少，大约为 4年半左右，方案三投资最少，年节能量较高，回收期略长于方案一。

根据实际项目的现场条件和业主、运营方的实施难易度进行综合评估，方案三整体的安全性和可靠性较高，且初投资较少，实施具备足够的场地条件，最终该项目选择方案三进行实施，目前已经进入设计和进一步实施阶段。

结论

数据机房制冷空调系统节能改造一般分为项目特点分析、空调技术筛选以及进一步细化比选三个阶段。对具体项目需要结合气象数据分析其负荷特点和节能潜力，同时应考虑其场地和投资方面的一些特点；在初筛时，主要考虑可行性和安全性，同时兼顾经济性和换热效率；比选时需对重要经济指标和适用性进行评估和对比，权衡后提出最终方案。

在对一实际工程项目的数据机房进行节能改造的实践中，运用上述设计流程，对三种方案进行了经济性方面的分析对比，最终确定了最优的改造设计方案。本文的主要结论和建议可为既有建筑数据机房的节能改造提供设计参考。

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