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 呂偉華 黃翔 宋姣姣 韓正林 劉佳莉

 西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院

摘要：本文分析了蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的優(yōu)越性，及其在綠色數(shù)據(jù)中心建筑節(jié)能減排中的重要作用。結(jié)合工程實例闡述中等濕度地區(qū)數(shù)據(jù)中心用蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)的運行效果，結(jié)果表明，中等濕度地區(qū)西安某數(shù)據(jù)中心采用蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)進行節(jié)能改造后，全年節(jié)電179180 kW．h，效果顯著。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)冷卻空調(diào)綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排

0  引言

據(jù)統(tǒng)計，目前全球數(shù)據(jù)中心所用能耗約占世界總能耗的2%，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗迫在眉睫。而數(shù)據(jù)中心中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗是影響數(shù)據(jù)中心能耗的重要因素，有資料顯示，我國數(shù)據(jù)中心的能耗中約有40%用于通風(fēng)空調(diào)降溫系統(tǒng)。由此可見，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)直接影響數(shù)據(jù)中心的PUE值（數(shù)據(jù)中心能效指標）。采用新技術(shù)，新設(shè)備，充分利用可再生能源給數(shù)據(jù)中心設(shè)計一套綠色、節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心廠房建筑的節(jié)能減排具有重要作用，是數(shù)據(jù)中心順利通過綠色工業(yè)建筑評價的重要保證。

1  蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用于綠色數(shù)據(jù)中心的優(yōu)越性

1.1數(shù)據(jù)中心自然冷卻的相關(guān)規(guī)范

  YD5184-2009《通信局（站）節(jié)能設(shè)計規(guī)范》第2.4.1條規(guī)定：“新建通信機房樓空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)滿足國家節(jié)能、環(huán)保的相關(guān)要求，并宜根據(jù)建筑規(guī)模、安裝通信設(shè)備的散熱量特點、所在地區(qū)氣象條件、能源狀態(tài)等，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定設(shè)計方案”；第2.4.5條規(guī)定：“設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時宜根據(jù)建設(shè)項目所在地的氣候特點，在過渡季節(jié)及冬季采用室外空氣作為自然冷源，減少冷水主機運行時間”。GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》第7.4.13條規(guī)定：“空調(diào)設(shè)計應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件采取下列節(jié)能措施——北方地區(qū)采用水冷冷水機組的機房，冬季可利用室外冷卻塔作為冷源，并應(yīng)通過熱交換器對空調(diào)冷凍水進行降溫；空調(diào)系統(tǒng)可采用電制冷與自然冷卻相結(jié)合的方式”；第7.5.1條規(guī)定：“空調(diào)和制冷設(shè)備的選用應(yīng)符合運行可靠、經(jīng)濟適用、節(jié)能和環(huán)保的要求”。這些條例為蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用提供了規(guī)范支撐。

1.2蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)在數(shù)據(jù)中心的適用性

 數(shù)據(jù)中心是一種技術(shù)密集型企業(yè)，廠房建筑作為一種特殊的工業(yè)建筑，其環(huán)境和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)具有以下特點：1）顯熱量大，潛熱量�。�2）大風(fēng)量、小焓差；3)溫、濕度和潔凈度有一定的要求；4）需要全年持續(xù)降溫；5）空調(diào)設(shè)備的選擇要考慮機房等級、制冷量、氣流

組織方式等，優(yōu)先選擇自然冷源冷卻。這就決定了采用單一采用機械制冷方式來供冷和通風(fēng)的能耗極高，是不現(xiàn)實的，而蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)幾乎免費就能達到降溫的目的，其直接蒸發(fā)冷卻填料段還具有很好的過濾除塵特性。因此，在一年中的冬、春、秋三季，室外氣溫相對較低的時段，可以考慮采用蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)消除室內(nèi)余熱，維持室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)，滿足機房環(huán)境要求。而在炎熱的夏季，蒸發(fā)冷卻器可以作為經(jīng)濟器使用，起到預(yù)冷新風(fēng)的作用，從而降低機械制冷的負荷，達到節(jié)能目的。

 根據(jù)夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算濕球溫度t s為單一指標作為干燥地區(qū)、中等濕度地區(qū)及高濕度地區(qū)的劃分原則，具體劃分范圍如表1所示：

 西安工程大學(xué)蒸發(fā)冷卻空調(diào)研究團隊研究了蒸發(fā)式冷氣機的全年運行模式，在焓濕圖上分成4個區(qū)域。以ASHRAE TC 9.9的推薦運行區(qū)域（即溫度18～27℃，相對濕度控制在60%以下，含濕量介于露點溫度5.5℃和15℃對應(yīng)的含濕量）為控制目標，采用《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》，對我國3 1個省會城市進行節(jié)能潛力分析。結(jié)果表明，廣州、南寧、海口等高濕度地區(qū)的節(jié)能潛力較低，不足全年時長的30%，其中�？诘墓�(jié)能潛力最低，只達到10.6%；干燥地區(qū)的節(jié)能潛力較高，拉薩高達82.3%；其他省會城市除鄭州、昆明、西寧、蘭州可達到60%以上之外，節(jié)能潛力均在40%~60%之間。巨大的節(jié)能潛力充分反映了蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的優(yōu)越性。

2  蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)應(yīng)用于中等濕度地區(qū)數(shù)據(jù)中心的實例分析

2.1數(shù)據(jù)中心概況

 西安某數(shù)據(jù)中心位于西安市長安區(qū)通信產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)，地面建筑二層，建筑面積約440m2。機房內(nèi)設(shè)備為該企業(yè)研發(fā)的TD通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，機房內(nèi)規(guī)劃設(shè)置擺放直流機柜110個，交流機柜25個，設(shè)備貨架16個，貨架上擺放的是通信設(shè)備。經(jīng)測試，該機房設(shè)備發(fā)熱量為178 kW，冷負荷指標為466 W/m2。該機房原有空調(diào)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，配備有一臺額定風(fēng)量為42000 m3/h的組合式空氣處理機組，額定制冷量278 kW，加濕量140 kg/h。冷源采用地下冷站提供的7/12℃冷水。根據(jù)電子信息機房室內(nèi)環(huán)境的要求，以及企業(yè)對節(jié)能減排所提出的要求，對該項目空調(diào)機房進行了蒸發(fā)冷卻技術(shù)節(jié)能改造。改造后該機房采用蒸發(fā)冷卻與機械制冷復(fù)合的空調(diào)機組。蒸發(fā)冷卻段機組外形尺寸為：5280 mmx2450 mmx2700 mm，設(shè)計風(fēng)量為42000 m3/h，額定功率為27.5 kW，機外余壓650 Pa。實物圖如圖1所示，包括的主要功能段有管式間接蒸發(fā)冷卻段、回風(fēng)段、表冷段、直接蒸發(fā)冷卻段以及送風(fēng)段。

2.2該數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造后實際的節(jié)能效果

 改造后該數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的運行可根據(jù)室外溫度的變化而靈活調(diào)整運行模式。在夏季，炎熱高溫時，由蒸發(fā)冷卻和機械制冷聯(lián)合運行，并利用部分回風(fēng)，達到節(jié)能的目的；冬季，室外空氣溫度較低，可以關(guān)閉機械制冷，單獨運行蒸發(fā)冷卻機組，并可以根據(jù)室外氣象條件，靈活的調(diào)整新回風(fēng)比例，有選擇的開啟間接蒸發(fā)冷卻段或直接蒸發(fā)冷卻段；過渡季節(jié)，室外空氣溫度低于機房內(nèi)溫度，可以同時開啟蒸發(fā)冷卻的間接段和直接段，并采用全新風(fēng)的運行模式。

 西安屬于中等濕度地區(qū)，取蒸發(fā)冷卻空氣處理機組間接蒸發(fā)冷卻段的冷卻效率為0.65，直接蒸發(fā)冷卻段的冷卻效率為0.9。西安工程大學(xué)蒸發(fā)冷卻團隊依據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》的逐時氣象參數(shù)，統(tǒng)計出全年管式間接一直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組的出風(fēng)溫度在0～14℃之間（送風(fēng)溫度為0~14℃時能夠維持該數(shù)據(jù)中心的溫度要求）的小時數(shù)為3400 h，按照能耗值估算，可知管式間接-直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組全年耗電55420 kW．h，而根據(jù)功耗值估算，采用機械制冷空調(diào)系統(tǒng)在這3400 h內(nèi)的耗電量為234600 kW．h。蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組耗電量僅占原有機械制冷空調(diào)系統(tǒng)的23.6%，節(jié)電179180 kW．h，由此可見，該數(shù)據(jù)中心進行蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)改造具有顯著的節(jié)能效果。

3  結(jié)語

 對于中等濕度的西安地區(qū)，某數(shù)據(jù)中心進行蒸發(fā)冷卻技術(shù)改造后，每年節(jié)能約179180 kW. h。由此證明了蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)對數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排具有重要作用，對指導(dǎo)綠色數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。