大型数据中心节能水蓄冷系统

数据中心建设等级及引用标准

整体标准GB 50174

●遵循国标GB 50174-2008 的A/B级机房标准

●模块化设计，灵活弹性以满足IT及业务逐步发展的需求，并可减少初期投资和运维成本

系统架构Uptime Institute

●系统架构参照Uptime Institute于2012年8月最新发布的等级标准中定义的最高可用性等级Tier IV Ⅲ

●N+1设备配置，双路配送路由

●冗余设备和管线之间物理隔离

●不间断制冷

●自动故障切换

网络布线TIA-942-A

●网络布线系统架构将主要参照TIA-942-A中Tier 4等级的要求设计

●增加新空间——中间配线区IDA

●使用OS2/OM4/Cat.6A传输介质

环境空调ASHRAE

●机房环境按美国ASHRAE TC9.9发布的指引《2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments》中Class A1等级设计

●采用自然冷却、中温冷冻水等各项高效节能技术，在确保Tier IV可用性等级的前提下，降低年均PUE至：1.5以下

污染物控制ISO / ISA

●机房微颗粒物污染达到 ISO 14644-1中定义的Class 8洁净度要求，入室空气采用MERV 11或更好的MERV 13过滤器

●机房气体化学物污染达到 ISA -S71.04-1985中定义的G1级别要求

设施管理TIA-606-B

●设施管理标识系统主要参照TIA-606-B中Class 3类型编制

●标识材料满足UL 969标准

●标识色卡参考ASME A13.1-2007和ANSI/NEMA Z535.1-2006

数据中心空调系统的可用性保障

其中数据中心空调系统作为重要的一个子系统，其可用性保障需要从整体可用性、运行经济性、配置灵活性和运维便捷性等方面去考虑。如下图所示：

机房冷源系统设计有以下两大特点：

●集中冷源：通过冷冻水管网集中为IT设备提供冷源，克服分散冷源系统在大型数据中心中应用效率低下的缺点；需要大量室外机；同时单层机房面积可以做的更大。

●2N架构：生产机房根据Tier IV机房标准，自冷源起、经管网直至末端室内机，采用2N系统架构，国标A级机房标准；

数据中心的主要规划

数据中心的平面规划；人流、物流规划；电力规划；综合布线规划；冷规划；

数据中心的规划要点

●供电就近原则；

●供冷就近原则；

●数据中心建筑级模块化；

●机房级模块化；

●列间级模块化（微模块）

●模块化有建筑级—建筑内级别-列间级别-机柜级别

●柴油发电站集中化；

●整体以电力需求及供给为主线进行规划；

数据中心冷冻水设计与其他项目比较

数据中心冷冻水设计与其他民用项目比较

数据中心冷冻水设计要点

数据中心冷冻水系统几种常规做法及比较：

1、一次泵系统；

控制简单，持续制冷时，一次泵需要配置不间断电源；

2、二次泵系统；

控制复杂，持续制冷时，只需要二次泵需要配置不间断电源；

3、水蓄冷罐并联系统；

控制复杂，冷冻水部分需要旁流，流过水蓄冷罐，

水蓄冷罐不增加系统阻力。

4、水蓄冷罐串联形式；

控制简单，水蓄冷罐增加水系统阻力，冷冻水一直流过水蓄冷罐，没有旁流冷损失。

提示：冬季时闭式冷却塔作为干冷器（风冷）时，可以不喷淋水。这种工况时闭式冷却塔的散热量很小，在数据中心不是很实用，其他工业行业有使用。

开式与闭式冷却塔工作原理

冷却塔主要和湿球温度（空气中水蒸气达到饱和时的温度）有关，靠水的蒸发带走热量。

一、开式塔

冷却水直接和空气接触，冷却水喷淋在填料上通过蒸发带走热量。

二、闭式塔

冷却水通过盘管间接接触，水槽内的水喷淋在盘管上蒸发（潜热）带走热量。

开式冷却塔与闭式冷却塔比较

冷冻水系统实现节能的一些方法

●采用中温冷冻水系统，提高冷冻水供回水温度至12/18℃，水冷机组COP值可从5.5提高至7.0，预计节能15～20%；大型可采用高压离心冷水机组磁悬浮冷水机组。

●采用温湿度独立控制系统。

●在上述冷冻水水温的前提下，可提高机房送风温度至干球温度16～18 ℃以上，满足ASHRAE Class A1等级要求；以及中国电信的标准要求。

●采用冷冻水、风机变频控制；

●采用冷却塔间接制冷；

其他实现节能的一些方法

●机房专用空调采用EC风机；直流变频风机；效率高、可按需送风。

●机房专用空调采用温湿度独立控制设计，避免冷热抵消现象；浪费能量；

●机房专用空调无电加热；预计室内机部分节能20～30%；

●机房空调采用小风量大晗差的设计思想，温差大于10℃；

●采用新风直接制冷；热管空调；

●采用等焓加湿过程的湿膜加湿机组，在空气增加含湿量的同时，空气的干球温度也随之降低，从而有效减轻机房空调的制冷负荷；

供电系统节能的一些办法

●使用高频UPS、直流供电等；

●提高负载率，这是节能的最好方式，同时也是最直接的；

关于空调冷源节能设计

水冷型冷冻水系统通过板式换热器实现水侧自然冷却，在北京地区预期有3~4个月可实现完全或部分自然冷却，使得年均PUE的贡献值可下降0.1~0.2；

冬季可通过水源热泵系统回收机房余热，承担建筑物所需的供热负荷（如：新风系统、办公区域、发电机房等），节省了工程造价和运维费用。

关于机房气流组织设计的节能要点

机房气流组织

●地板下静压箱送风，地板架设高度1100mm；低密度区800mm

●高密度双侧送风，低密度区单侧送风，送风距离不超过16米；

●吊顶天花上静压箱回风，并加装回风风帽；

●柜间采用冷热通道布置，通道宽度1200mm；

封闭冷通道

●机房环境散热较少

●视觉美观、参观效果明显

●机房需要吊顶

●对综合布线有影响

机房空调气流组织参考效果图