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浅述微模块数据中心制冷空调方案的选择

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王强

[导读] 摘要：随着5G和工业互联网等实际应用规模不断扩大，边缘数据中心和小型数据中心的数量呈现出倍增的趋势。

        山东格瑞德集团有限公司山东省德州市 253000
        摘要：随着5G和工业互联网等实际应用规模不断扩大，边缘数据中心和小型数据中心的数量呈现出倍增的趋势。而在上述边缘数据中心和小型数据中心中，微模块也成为了标准化、绿色化建设的不可缺少的组成部分。本文对微模块数据中心制冷空调方案的选择进行分析，以供参考。
        关键词：微模块数据；制冷空调；方案
        引言
        近年来，我国超大型数据中心的建设速度也逐渐加快，部署机架数量大幅增长。为了缩短数据中心建设周期，减少初期投入成本，数据中心微模块（以下简称微模块）成为了互联网行业、通信行业及其他行业的数据中心的最佳选择。
        1微模块数据中心
        模块化数据中心指的是依据行业标准把整个数据中心分为若干个独立区域，而每个区域的规模、功率负载、配置等均按照统一标准进行设计。模块化数据中心经过3代的发展，具有较为广泛的运用。通常认为模块化数据中心分成集装箱及微模块两种形式。微模块数据中心是将传统机房的机架、空调、消防、布线、配电、监控和照明等各个子系统集成为一体化的产品。ＩＣＴｒｅｓｅａｒｃｈ研究及调查显示：2017年中国模块化数据中心市场规模达到45.22亿元，同比增长12.7％，主要得益于微模块数据中心的快速增长。
        2传统空调方式应用常见问题
        （1）冷源效率低，传统空调方式由于采用热湿联合处理的方式，占总负荷40%~60%的显热负荷被过低的7℃~12℃冷水带走，冷机电耗高。（2）湿工况风机盘管（二次污染源），采用冷凝方法除湿，必然存在湿表面，成为滋生霉菌的温床，空气二次污染，严重影响室内空气质量；室内散发的有害物不能及时稀释和排除；室内空气封闭，循环使用，不利于传染性疾病的控制；由于冷凝水滴水，存在污染吊顶和夹层的问题。（3）室内空气品质（IAQ）较低，商业建筑人员密集，为了可以让消耗减少，新风量被制约于最小新风量范围中，不可利用室外新风优化室内的空气品质。
        3空调设计方案说明
        3.1空调低温冷源设置
        压缩制冷低温冷源冷水机组放置于地下室制冷站，为末端干式风机盘管供冷，供水温度12℃，冷冻水供水温差为5℃，选用1台压缩制冷冷水机组，单台机组水量为180t/h，制冷量1000kW。冷却水均由间接蒸发冷水机组提供，高低温冷水机组可联合开启也可根据需要独立运行控制。该系统运行时，蒸发制冷空调机组能够承担一部分的室内冷负荷，因此，当蒸发制冷能够完全满足空调要求时，间接蒸发冷水机工作，制取高温冷水，满足建筑供冷要求，而压缩式冷水机停止工作。当蒸发制冷不能完全满足空调要求时，间接蒸发冷水机与压缩式冷水机联合工作，共同满足空调控制要求。整个空调系统通过合理的工艺流程和优化的运行控制，使得其节能效果最大化，实现空调运行过程中的节能降耗，提高其整体能效水平。
        3.2干式风机盘管末端———温湿度独立控制系统
        小房间区域采用的是温湿度独立控制原理，是克服了传统湿工况风机盘管加新风空调系统诸多问题的高质量空调方式，不但能显著提高室内温湿度的控制，更使空调系统的综合能效比得以提高，大大降低空调系统能耗，具有节能环保、人体热舒适度高等综合优势；新风系统和干式风盘可独立运行，使过渡时间，过渡季节的调节更加方便、降低运行能耗。室内由室外新风承担除湿，干式风机盘管承担消除显热负荷作用，供水温度为12℃~17℃，风机盘管为干工况运行，换热效率高；房间无人时，室内风机盘管可根据需要停止运行，降低能耗。当室内人员在室率发生变化时，根据室内人员情况调节风机盘管开启数量，达到节能的目的；同时干式风机盘管配置液晶控制面板，可进行高低档调节，根据用户需求调节室内供冷量。

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        4数据中心微模块测试技术
        4.1空调子系统测试
        对于空调系统，首先检查是否具有空调排水故障检测和溢水停机保护两级告警功能，是否具备冷媒泄露检测，并且是否在管理系统上显示相关的告警信息。对具有节能功能的空调系统，应验证其空调系统的休眠和轮巡功能。具体方法是，调整模块内IT负荷的负载率至50%以下，检查空调机组是否部分进入休眠状态，验证其是否具备自动轮巡和手动轮巡功能。关闭其中一台或几台空调，模拟空调机组故障，检查休眠空调设备是否能够自动启动。此外，模拟微模块内部出现高温故障，检查备机是否自动进入运行状态，并测试上述状态下，整个温度场的均匀度是否满足相关要求。
        4.2安全性能测试技术
        接地性能测试微模块内的电源设备、配电设备和空调设备等均需要保证接地良好，因此微模块内部具有较多的接地端子。该测试中的接地性能指的是微模块作为一个整体，是否具备完善的接地系统，检查接地排布置是否合理，是否形成闭合环接地汇流母排，并测量微模块平台总接地点对地的接地电阻值。
        5组级微模块数据中心的空调方案
        列间机房空调是一种解决单机柜散热量10kw～30kw的空调方案，业内对此具有普遍的认识。所以单机柜散热10kw以上的高热密度微模块优先选用列间机房空调，对此本文不另行赘述。着重探讨列间机房空调及下送风机房空调在单机柜散热量3kw～10kw的组级微模块中的适用性，假定ＩＤＣ数据中心的微模块模型为：单模块30个机柜分两排，每排配置１个配电列头柜，采用冷通道封闭，每个微模块的围护负荷恒定为8kw，机柜的尺寸均为600ｍｍ（宽）×1200ｍｍ（深），高架地板900ｍｍ，房间高度不受限。服务器进出风温差为14℃，依据相关模拟研究表明：封闭冷通道后，供热指数ＳＨＩ（ＳｕｐｐｌｙＨｅａｔ　Ｉｎｄｅｘ）基本趋于０，送风冷量损失可以忽略不计，即无论是列间机房空调还是下送风机房空调送回风温差均为14℃。列间机房空调按照组级微模块Ｎ＋１（Ｎ≤５）备份，下送风机房空调按照整个数据中心Ｎ＋１（Ｎ≤５）备份，机组数量超过单组Ｎ＋１（Ｎ≤５）则采用多组Ｎ＋１（Ｎ≤５）备份配置。为了分析不同微模块数量对于方案选择上的差异，分别为微模块数量为１～１０的数据中心配置方案。按照封闭冷通道宽度1200ｍｍ，热通道1200ｍｍ，四周搬运通道1500ｍｍ，规划两种方案需求的最小数据中心面积。不考虑梁柱的影响，若１个微模块中列间机房空调的数量为单数，则为其配置空柜调整补齐；所有下送风机房空调采用下接管，不需考虑侧面安装空间，机组可以并装；组级微模块单组排列布置，下送风机房空调单侧送风，若机组并排宽度超过微模块宽度则按照下送风机房空调宽度计算，反之，按照微模块宽度确定。以列间机房空调方案确定的最小数据中心面积为基准面积，定义下送风机房空调方案需求的最小数据中心面积除以基准面积为面积比。
        结束语
        在这个数据为王的DT时代，数据中心已经不仅是互联网企业的核心资产，越来越多的政府、企业、学校在信息化过程中不断扩容着自己的数据中心，在产品选型及建设过程中秉承着满足需要、适度超前、安全可靠、绿色环保、拒绝高大上的设计理念，为信息化建设发展和支撑信息系统应用提供重要的环境保障。
        参考文献：
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