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李红霞:数据中心空调系统建设思路探讨——维谛(Vertiv)2018设计院专家高端论坛专题报告解析

来源:暖通空调在线 作者:维谛 2018-02-08 16:19:57
     1月19日,由全球最大的、独立提供网络能源产品和解决方案及全生命周期服务供应商维谛(Vertiv,原艾默生网络能源)主办,《暖通空调》和《智能建筑电气技术》杂志协办的“思无界 设享V来——2018设计院专家高端论坛”在北京隆重召开。Vertiv全球及大中华区的高管与产品专家团队、全国各大设计院的技术专家、Vertiv重点客户代表以及媒体代表等数百位,共同出席了此次高端论坛。

  

高端论坛分为上午主论坛,下午热管理和供配电分论坛。在会议当天下午的热管理分论坛上,中讯邮电咨询设计院有限公司教授级高工李红霞围绕数据中心的规划设计作了题为《数据中心空调系统建设思路》的专题报告。报告从数据中心建设特点、数据中心空调系统分析、数据中心空调系统设计3个方面作了详细阐述与解读。

 

数据中心建设特点

数据中心建筑外观形象比较简单,可类比为一个火柴盒。其内部系统包括机房、动力站、冷却塔、冷冻站、配电柜、整个系统都是为了机房的数据而服务。

以某一个真实的数据中心为例,单机柜功耗4~6kW/柜,建设标准参考T3等级,从主要投资部分各项占比数据分析可以看出,电源工程占比最大,高达46.81%,而在用电能耗中,空调系统耗电量约占整个机房用电量的30%~40%。空调系统是新建数据中心的基础保证,数据中心空调与一般民用建筑空调不同,主要目的是消除机架散热量、保证机房正常运行,需全天24 h制冷运行。空调系统是一个系统工程,和气候有关,受能源政策、法规等影响,冷源方式差异也较大。那么,合理设计空调系统、降低空调系统运行成本,对IDC机房的建设、运行、维护起着重要作用,设法节省投资,降低能耗,是空调系统设计部门的核心思路,应重点关注。

“数据中心系统建设是为机房数据服务,而不是为人服务的,不应以民用建筑的标准来做要求,” 李红霞在会上强调,“目前,有关数据中心的建设标准被归属到民营建筑设计里,是不合理的。所建数据中心的实际用途,建设单位的根本诉求都是需要设计师在设计初期完全了解掌握的,由此结合相关标准合理安排工程建设,才能因地制宜,将数据中心建设好。”

数据中心空调系统分析

李红霞就此详细分析了常规的三种数据中心机房空调系统的能耗、投资、运维的区别及如何合理地进行系统选型。

常规数据中心机房空调系统分为集中水冷式、集中风冷冷水空调系统,分散直膨式空调系统。水冷冷水式运行效率较高,能实现更低PUE;传统风冷精密空调,能实现灵活配置,分期部署,其与风冷冷水式系统相同特点是,运行效率较低,机房PUE较高,室外机占地面积大。

从空调系统节能措施方面看,分散空调系统利用室外低温空气、减少主机运行时间、合理设计气流组织等方式降低能耗;集中空调系统除上述3种方式外,还可采用变频设备、提高主机供水温度、提高机房送风温度等方式达到节能效果。

但是从空调系统运行、维护所需费用比较,以1个小于2000个机柜的数据中心为例,集中空调每年运行维护费用200万-300万元,另每天需约500-600m³水损耗,每年约20万m³;分散空调系统每年仅需不到100万元运行费用。因此从运维角度来看,选择合适的系统是非常重要的。

当然,数据中心空调系统建设应根据国家节能、环保的相关要求,在满足机房安全生产的前提下,综合空调系统运行的投资和运行费用、通过技术经济比较确定其形式。特别是采用集中式冷冻水系统配置时应考虑应对今后水资源不足的风险,提前做好水资源专项评估工作。

鉴于综合考量,李红霞提出如下系统选型建议:大型数据中心机房采用集中水冷空调系统;小型或发展缓慢的数据中心机房采用分散风冷空调系统。水资源匮乏地区采用风冷冷水空调系统或分散式空调系统。

数据中心系统空调设计

通信建筑空调系统是个系统工程,涉及到建筑设计、工程管理、通信设备实施、运行维护等多方面,应做好各项工作。避免建设时期忽视设计合理完善,造成先天不足,后期进行改造的情况。建筑设计中应注重空调系统建设和节能,打好基础,使空调系统得以体现其优良性能。通信设备实施时注意平面布局、机架设备自身结构均应考虑与空调气流组织协调一致,合理匹配,保证空调系统正常运行。

基于上述数据中心空调系统建设理念,李红霞强调:“在实际工程建设中,空调系统建设具有一定的灵活性,适应实际客户不同标准的需求,应选择适宜的标准。在空调系统设计中应充分考虑分期建设实施的措施,可在后期的服务器安装时,根据实际客户需要功率作相应快速、便利地调整。同时,满足标准要求条件下,空调系统设计越简单越好,方便后期运维时进行快速维护检修。”

随后,李红霞基于空调系统节能要点,通过对自然冷源新风降温、水冷式集中空调自然冷却系统、风冷集中式空调自然冷却系统、分散式空调自然冷却4种空调系统节能技术分别作具体解读分析,指出以下应重点关注的内容。

确保适宜的围护结构,不可过度强调保温;加强气密性,尽可能减少新风量;尽可能提高冷源温度(由7 ℃ /12℃提升为12 ℃ /18℃);延长自然冷却时间、提高制冷机的COP;精细运行合理节能的空调设计方案,最大限度促使空调系统节能运行;空调的投资与PUE值相关,但数据中心建设不应为节能而节能,单纯追求PUE值是不科学的,应设法找到一个经济合理的平衡点。

在国家经济转型的过程中,宏观政策正不断对数据中心发展产生深刻影响。李红霞以实际工程设计应用为基础,根据这些影响做出精准分析,针对数据中心建设的发展,深刻阐释了当下数据中心空调投资特点、系统特点、选型关键点及系统节能等关键内容,通过对数据中心的空调负荷特点、常用系统的分析,从可靠性、经济性、维护便利性等方面给出了切合实际的选型建议,受到了与会嘉宾的一致好评和高度认可。

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