IDC機房空調節能實力分析

來源：閱讀量：次時間：2020-07-28

應用實例
在北方某地區辦公樓進行實踐。該建筑位于二環內，為2013年新建的辦公樓，由于需求，在一層和三層設置了數據機房，一層數據機房面積約為 563m2，夏季設計日冷負荷為 787kW，冬季設計日冷負荷為 623kW。三層數據機房面積為 475m2，夏季設計日冷負荷為 629kW，冬季設計日冷負荷為498kW。冬季由冷卻塔供給冷機冷卻水進行冷凍水制備，夏季則使用冰蓄冷機組提供冷凍水。目前三層采用冷凍水直供的水冷機組對數據機房進行供冷，由一臺新風機組提供處理后的新風。一層則采用五臺并聯的空調機組提供冷量，而冷凍水則直接供給空調機組。原有設計參數：全年溫度保持 23 ℃，而相對濕度維持在40%～55%。

對該項目的特點進行分析和總結后，主要有以下一些特點和問題：本項目處于寒冷地區，冬天有較大節能潛力，而該項目目前主要采用電制冷方式，沒有利用自然冷源。數據機房和對應空調機房空間有限，屋頂無新增冷卻塔位置。所有的刀片式服務器均需 24小時運行，無法進行停機調整，且初投資較為有限。目前一層具備增大冬季和過渡季新風引入的能力。針對現狀，對以上技術初篩之后，得到如下三個方案：

方案一

新風擴容與熱管技術結合的方案。一層空調機組將經過擴容，盡可能引入較多的新風，從而降低熱管機組的負荷需求，而熱管室外機采用風冷形式，接入空調箱。

該方案安裝方便，適應性較強，尤其在干燥地區節能顯著。該方案需要空間放置風冷室外機，在室內與換熱器換熱后，將冷量傳入空調機組。經現場勘查，地下一層的室外具備一定布置條件。該方案節能性較好，但熱管換熱器的室外機需要較近地點進行布置，如按現場條件實施，管線較長，管線造價較水系統和常規制冷劑系統造價要昂貴許多。

方案二

新風擴容與冷卻塔免費供冷結合的方案。容積式換熱器可滿足冬季的使用要求，低于零度需要增加電伴熱，需要增加一定能耗來保證全年運行?？蓪Q熱器和水泵集中放置于設備機房。換熱器設計時需要考慮冷卻水水質可能帶來的管堵等問題。

當在冬季室外處于較低溫時，通過冷卻塔得到的冷卻水溫度能夠滿足數據機房的制冷需求，此時將冷卻水管路切換至換熱器，直接將室內冷凍循環水冷卻，而不需開啟冷水機組，達到節約能耗的目的。因為電伴熱的原因以及冷卻塔同時使用時間的限制，節能量較小，但是對于原系統的拆改量較少，系統控制較為簡單。

方案三

雙系統并聯方案。其中室內外一體機供回水接入現有水系統中的冷凍側，冬季機組供水水溫較低時，直接利用機組供水作為冷凍水，同時冷水機組側停止工作。過渡季機組供水水溫升高，但未超過系統回水設計溫度時，可用于冷卻冷凍水，冷水機組側同時工作，但是能夠以較少機頭進行運行，由于負荷較小，可讓冷卻塔在過渡季這種模式下不使用噴淋模式，減少因此帶來的冷卻塔散發霧氣的問題。夏季和過渡季室外氣溫較高時，按原有設計，以冷卻塔配合建筑原有的冷機或蓄冷系統工作。該方案在嚴寒及寒冷地區應用時需要注意換熱器的設計應考慮冬季防凍問題，主要措施為冬季和低于零度的過渡季運行時應開啟主管道電加熱，在換熱器管道匯管處增加電加熱的防護措施，防止極限天氣下極低氣溫對設備造成損害。該方案的另外一個問題是存在較多閥門，整體控制相對復雜。

對以上三個方案進行經濟性分析，比較初投資和估算節能量得到的靜態回收期。計算時，根據該市氣象數據，主要考慮冬季 90天與過渡季 30天的節能量。過渡季其他時間自然冷源供冷能力較弱。結果如圖 7所示。節能量計算為室內外一體機自身 120天的風機能耗、輸配系統 120天能耗、過渡季和冬季開啟的冷機、冷卻塔、電加熱發生的能耗總和與之前未采用改造的冷機、冷卻塔以及輸配系統120天能耗的差值。初投資則要考慮設計、施工成本以及設備造價等。

結合項目場地特點和以上技術和經濟性比較，可以看到，方案一的初投資最高，但年節能量也最大，靜態回收期最短，大約為 4年左右，方案二投資較高，年節能量最少，大約為 4年半左右，方案三投資最少，年節能量較高，回收期略長于方案一。

根據實際項目的現場條件和業主、運營方的實施難易度進行綜合評估，方案三整體的安全性和可靠性較高，且初投資較少，實施具備足夠的場地條件，最終該項目選擇方案三進行實施，目前已經進入設計和進一步實施階段。

結論

數據機房制冷空調系統節能改造一般分為項目特點分析、空調技術篩選以及進一步細化比選三個階段。對具體項目需要結合氣象數據分析其負荷特點和節能潛力，同時應考慮其場地和投資方面的一些特點；在初篩時，主要考慮可行性和安全性，同時兼顧經濟性和換熱效率；比選時需對重要經濟指標和適用性進行評估和對比，權衡后提出最終方案。

在對一實際工程項目的數據機房進行節能改造的實踐中，運用上述設計流程，對三種方案進行了經濟性方面的分析對比，最終確定了最優的改造設計方案。本文的主要結論和建議可為既有建筑數據機房的節能改造提供設計參考。

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