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自然冷却技术在数据中心的应用探讨在当今数字化的时代，数据中心已经成为了支撑各种信息技术服务的关键基础设施。
随着数据处理量的不断增加，数据中心的能耗问题也日益凸显。
为了降低能耗、提高能源利用效率，自然冷却技术逐渐受到了广泛的关注和应用。
自然冷却技术，顾名思义，是指利用自然界的冷源来降低数据中心的温度，从而减少对机械制冷设备的依赖，达到节能的目的。
其基本原理是在环境温度较低时，通过直接引入室外冷空气、利用冷却塔的冷水或者其他自然冷源来冷却数据中心的设备，而不是一直依靠传统的空调系统进行制冷。
数据中心的发热量大是众所周知的。
服务器、存储设备、网络设备等在运行过程中会不断产生大量的热量，如果不能及时有效地将这些热量散发出去，将会导致设备温度过高，影响其性能和可靠性，甚至可能造成设备损坏。
因此，良好的冷却系统对于数据中心的正常运行至关重要。
传统的数据中心冷却方式主要依赖于机械制冷，如空调系统。
然而，这种方式不仅能耗高，而且在运行过程中还会产生大量的温室气体排放，对环境造成不利影响。
相比之下，自然冷却技术具有显著的优势。
首先，自然冷却技术能够显著降低数据中心的能耗。
在适宜的气候条件下，合理利用自然冷源可以大大减少机械制冷设备的运行时间，从而降低电力消耗。
据统计，采用自然冷却技术的数据中心，其能耗可以降低20%至50%，这对于降低数据中心的运营成本具有重要意义。
其次，自然冷却技术有助于提高数据中心的可靠性。
由于减少了机械制冷设备的使用，降低了系统的复杂性和故障概率。
同时，自然冷却方式通常更加温和，不会对设备造成过大的温度波动，有利于延长设备的使用寿命。
再者，自然冷却技术对环境更加友好。
它减少了对化学制冷剂的需求，降低了温室气体排放，符合可持续发展的要求。
然而，自然冷却技术在数据中心的应用也并非一帆风顺，存在一些挑战和限制。
气候条件是一个重要的影响因素。
自然冷却技术在气候较为寒冷或者温差较大的地区效果更为显著，但在炎热潮湿的地区，其应用可能会受到一定的限制。
自然冷源在通信机房中的新型节能应用杨攀、吴俊、侯宁、刘礼庚（中国移动通信集团广西有限公司，广西南宁５３００２１）摘要：随着通信网络规模不断扩大，节能减排已成为通信业务发展的一个重要方面。
文中创新性的将自然冷源概念引入通信机房降温过程中，设计了新型的智能换热系统，通过在通信机房的应用及数据分析，可以发现该系统在节能减排方面表现出了较好的性能。
关键词：自然冷源；智能换热系统；节能；减排１前言随着我国经济的快速发展，能源紧张问题日益突出，通信网络规模的不断扩容，特别是通信机房单位面积设备功耗的不断增加，造成主设备运行能耗逐年上升，通信机房的制冷系统能耗持续升高，已占据通信机房用电总量的很大一部分。
因此，如何节约通信机房能耗已成为通信发展与提高通信业务负载能力的一大重要课题。
新型的智能换热系统利用室外自然冷空气，通过智能控制器将外部冷空气经过净化处理直接引入设备，在设备内部通过隔离的显热交换芯体与机房内部热空气进行交换，排出机房内部热量的空气调节系统。
该系统在本身不带任何制冷元件的条件下实现室内风冷降温，从而在确保机房设备正常运行的前提下，尽可能减少空调的运行时间，达到节约电能的目的。
２自然冷源节能原理图１智能换热系统原理图３自然冷源应用环境及智能换热系统设计３．１应用环境实验地点为广西桂林某三层通信机房，机房总面积约为５４０ｍ２，机房层高４．６ｍ，地板高度４００ｍｍ，梁下净高３．７ｍ（气消管底离机房地面）。
机房的通信设备采用面对面方向布置的方式，目前该机房通信设备区域配套６台恒温恒湿机房专用空调，单台总冷量为图１为智能换热系统原理图。
智能换热系统通过７０ｋＷ，显冷量６５ｋＷ，风量１７０００ｍｈ均采用地板引入低温的室外空气，排出高温的室内空气，减少机房下送风方式３／，。
电力电池室区域配套１台恒温恒湿机房空调运行时间，从而达到节能的目的。
本工程采用机房智能换热系统，通过智能控制器实时监测室内室外温度湿度。
数据中心空调设计浅析摘要随着网络时代的发展，服务器集成度的提高，数据中心机房的能耗急剧增加，这就要求数据中心的空调设计必须高效、节能、合理、经济，本文结合某工程实例浅谈下数据中心空调的特点和设计思路。
关键词：数据中心气流组织机房专用空调节能措施数据中心是容纳计算机房及其支持区域的一幢建筑物或是建筑物中的一部分。
数据中心空调系统的主要任务是为数据处理设备提供合适的工作环境，保证数据通信设备运行的可靠性和有效性。
本文结合工程实例浅析一下数据中心机房空调设计的特点和机房空调的节能措施。
一、冷源及冷却方式数据中心的空调冷源有以下几种基本形式：直接膨胀风冷式系统、直接膨胀水冷式系统、冷冻水式系统、自然冷却式系统等。
数据中心空调按冷却方式主要为三种形式：风冷式机组、水冷式机组以及双冷源机组。
二、空调设备选型（1）空气温度要求我国《电子信息系统机房设计规范》（ gb50174—2008 ）中规定：电子信息系统机房划分成 3级。
对于a级与b级电子信息系统机房，其主机房设计温度为2 3±1°c，c级机房的温度控制范围是1 8—2 8°c 。
（2）空气湿度要求我国《电子信息系统机房设计规范》（gb50174—2008 ）中规定：电子信息系统机房划分成3级。
对于a级与b级电子信息系统机房，其主机房设计湿度度为40—55%，c级机房的温度控制范围是40—60%。
（3）空气过滤要求在进入数据中心机房设备前，室外新风必须经过滤和预处理，去除尘粒和腐蚀性气体。
空气中的尘粒将影响数据机房设备运行。
（4）新风要求数据中心空调系统必须提供适量的室外新风。
数据通信机房保持正压可防止污染物渗入室内。
三、气流组织合理布置数据中心的气流组织形有下送上回、上送侧回、弥漫式送风方式。
1.下送上回下送上回是大型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速冷却设备，利用热力环流能有效利用冷空气冷却率，如图1所示为地板下送风示意图：图1地板下送风示意图数据中心内计算机设备及机架采用“冷热通道”的安装方式。
利用自然冷源实现机房物理降温
马松
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2014(031)0z1
【摘要】空调(或有源换风设备)是目前基站机房采用的主要降温设备,空调运行电量消耗约占基站机房电量消耗总量的40％左右,通过集热装置,将基站内热量快速排出,同时通过引入室外自然冷源达到室内降温,从而合理降低空调运行时间,有效减少机房电量消耗.
【总页数】3页(P52-54)
【作者】马松
【作者单位】中国移动通信集团河北有限公司保定分公司,河北保定710000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.某报告厅利用自然冷源被动通风降温的理论计算与模拟分析 [J], 邱静;查静;雷飞
2.通信机房应用自然冷源降温方式的比较与选用 [J], 刘杰;王景刚;康利改
3.利用自然冷源为通讯基站降温的模拟分析 [J], 马国远;田昕;周峰
4.寒冷地区程控机房利用自然冷源空调节能的探讨 [J], 陈育伟
5.利用自然冷源为信息机房制冷的思考 [J], 许波涛;李德龙;袁密;
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自然冷却技术在机房空调中的应用现状随着科技的不断发展和人们对生活舒适度要求的提高，机房空调的需求也在逐渐增多。
传统的机房空调系统存在一些问题，比如能耗较高、维护成本高等。
为解决这些问题，自然冷却技术被引入到机房空调中，以提高系统的效率和降低能耗。
本文将介绍自然冷却技术在机房空调中的应用现状。
自然冷却技术是利用自然界的自然条件，如冷凝、蒸发和对流等，来实现空调系统的冷却效果的一种技术。
这种技术主要包括两种形式：直接自然冷却和间接自然冷却。
直接自然冷却是直接利用室外空气，通过风扇或其他方式将室外冷空气引入机房进行冷却。
而间接自然冷却则是通过将热量从机房中传递到室外，然后利用室外空气对热量进行冷却。
1. 通风系统的改进。
自然冷却技术可以改进机房的通风系统，利用室外空气对机房进行冷却。
传统的机房空调系统通常是封闭式的，这样会导致机房内的热量无法及时排出，进而影响系统的效率。
而利用自然冷却技术改进的通风系统可以提高机房的通风效果，降低机房内部的温度，从而提高空调系统的效率。
2. 热回收系统的应用。
自然冷却技术可以通过热回收系统将机房内部产生的热量回收利用，从而降低能耗。
热回收系统通常是利用换热器或蓄热材料的原理，将机房内部产生的热量传递到室外或其他低温环境中，实现热能的回收利用，提高系统的能效。
3. 湿度控制系统的改进。
自然冷却技术可以改进机房的湿度控制系统，以提高系统的稳定性和可靠性。
传统的机房空调系统通常需要使用除湿机进行湿度控制，这样会增加系统的能耗和维护成本。
而利用自然冷却技术改进的湿度控制系统可以通过调节通风系统和湿度传感器等设备，实现机房内部湿度的自动控制，提高系统的稳定性和可靠性。
4. 新型材料的应用。
自然冷却技术在机房空调中的应用还涉及到一些新型材料的使用，比如高效节能材料、隔热材料和热吸收材料等。
这些新型材料可以改善机房内的热传导和热辐射情况，从而提高机房的冷却效果和能效。
目前，自然冷却技术在机房空调中的应用还处于初级阶段，但其潜力巨大。
自然冷却技术在机房空调中的应用现状1. 引言1.1 自然冷却技术的定义自然冷却技术是一种利用自然界的冷却元素，如自然风、湿度等进行散热的技术。
其原理是通过自然风的流通和搅拌来散发机房内产生的热量，从而达到降温的效果。
自然冷却技术可以减少对人工冷却设备的依赖，降低机房运行成本，同时也对环境产生较小的影响。
在现代科技的不断发展下，自然冷却技术也得到了越来越多的应用和改进，成为节能环保的重要手段之一。
通过合理设计和利用自然冷却技术，不仅可以提高机房空调的效率和稳定性，还可以减少对环境的负面影响，实现可持续发展的目标。
在机房空调系统中，自然冷却技术的应用日益广泛，为提高空调系统的效能和减少能源消耗提供了有力支持。
自然冷却技术的定义要求我们充分理解其原理和优势，从而更好地应用于机房空调系统中，为机房运行提供稳定、高效的环境。
1.2 机房空调的重要性机房空调在现代社会中扮演着至关重要的角色。
随着科技的发展和信息化的进步，各种企业和机构都建立起了自己的数据中心和服务器房，这些设备对温度和湿度的要求非常严格。
机房空调系统的作用就是确保这些设备在适宜的环境下运行，以保障数据的安全性和稳定性。
机房空调可以有效降低设备的运行温度，防止设备过热造成损坏。
高温会导致电子元器件老化加速，同时也会影响设备的性能和稳定性，甚至导致数据丢失。
保持机房内的温度在适宜范围内对设备的正常运行至关重要。
机房空调还可以控制机房内的湿度，防止湿度过大导致电子设备腐蚀和故障。
高湿度会增加电子元器件之间的绝缘阻抗，可能引起设备短路或者电气火灾，对设备的安全性造成严重威胁。
机房空调系统对湿度的控制也显得非常重要。
机房空调在保障设备运行稳定性、延长设备寿命、保障数据安全等方面具有不可或缺的重要性。
只有通过科学合理的空调系统运行，才能有效保障设备的正常工作和数据的安全存储。
2. 正文2.1 自然冷却技术在机房空调中的应用方式自然冷却技术在机房空调中的应用方式包括直接采用自然风力进行散热、利用地下水或地下温度进行换热、利用太阳能热量进行冷却等多种方式。
氟泵循环冷媒自然冷却系统在专用空调中应用黄立丽刘永升（中国联通沈阳市分公司 110013）摘要：我国华北、西北及东北等地区，室外气温低于0℃的天数占全年的百分比相当可观，利用这一自然冷源成为节能的首要措施。
氟泵节能机在以上地区的节能效果也非常明显。
关键字：氟泵; 蒸发器; 冷凝器1 前言为响应国家努力建设成资源节约型，环境友好型和谐社会。
在加强基础管理的同时，积极进行创新节能技术的尝试。
在通信基站及大型机房，为维持恒定的室内温度需要全年为之降温，由此带来的巨额的耗电量及电费。
在节能减排和降低运营成本的双重压力下，迫使人们不断地为研发新的节能技术和产品。
氟泵循环冷媒自然冷却系统，就是针对大中型机房利用大气自然冷源而研发的高效节能新产品。
2 相关简介2.1基本概念氟泵循环冷媒式自然冷却系统，由氟泵、蒸发器（室内冷却器）、冷凝器（室外散热器）等部件组成，耐高压的铜管将之连接成密闭的系统，系统充注一定量的低沸点介质，即制冷剂或其混合物，氟泵循环制冷剂在系统中循环。
自然冷源分为直接利用新风技术（新风直接和回风混合，严寒地区，室内外温差过大，造成机房结露及加湿负荷增加、污染地区，过滤器使用周期缩短、高湿地区需要额外的除湿）和间接利用新风技术（乙二醇节能机组及LG型氟泵节能机）2.2工作原理氟泵强制液体制冷剂流过蒸发器，室内热空气放热给蒸发器内循环的制冷剂，制冷剂吸热且少部分的制冷剂吸热气化，带气泡的制冷剂液体循环到冷凝器内，再将其携带的热量释放到室外大气中，制冷剂放热后变为过冷液体。
如此连续工作下去，就可以实现室外冷空气在不接触的情况下冷却室内热空气。
在该系统内，氟泵强制循环制冷剂液体，使其流过蒸发器、冷凝器内的流速增加，提高换热效率。
另一方面，蒸发器和冷凝器安装的相对位置和距离不受限制，安装方便、灵活。
见图1。
图1 氟泵循环冷媒式自然冷却系统原理2.3氟泵循环冷媒式自然冷却系统与机房专用空调机组结合自然冷却系统可以和空调制冷系统联合使用，也可以各自单独运行。
为加快绿色数据中心先进适用技术产品推广应用，推动数据中心节能与绿色发展水平持续提升，按照《工业和信息化部国家机关事务管理局国家能源局关于加强绿色数据中心建设的指导意见》（工信部联节〔2019〕24号）要求，工信部组织开展了绿色数据中心先进适用技术产品筛选工作。
据11月8日公布消息，“华德羿歌”板管蒸发冷却式自然冷源机房专用冷水机组入选了《绿色数据中心先进适用技术产品目录》板管蒸发冷却式自然冷源(Free Cooling)机房专用冷水机组是以空气作为冷源，以水作为传热介质，并在冬季利用室外冷空气自然冷源进行节能运行的制冷机组。
案例一：广州南翔云数据中心广州南翔云数据中心是华南地区首个采用板管蒸发冷却式自然冷源技术的高等级云数据中心。
该数据中心总规划建设3,000个机柜，按照GB50174-A级标准，关键指标参照Uptime Tier IV等级要求设计建设。
一期项目于2018年投入使用，冷源系统选用5台华德羿歌板管蒸发冷却式自然冷源机组，单机组制冷能力1280kW，采用N+1冗余配备，采用大温差高温双级冷源技术，在广州地区气候环境条件下，充分利用室外自然冷源，全年自然冷源利用效率可提高15%。
该项目压缩机制冷SCOP为7.01，自然冷源模式制冷SCOP为36.4，全年平均制冷SCOP为8.26，碳排放削减量：180万吨/年。
“华德羿歌”板管蒸发冷却式自然冷源机房专用冷水机组，为数据中心提供了卓越的节能运行方案。
通过充分利用室外自然环境存在的丰富冷源，“华德羿歌”为各地数据中心提供了持续稳定、成本低廉的冷却能力，在保障数据中心内部设备运行的同时，大大降低了数据中心的电力消耗以及电费支出。
案例二：西咸新区沣西新城智慧沣西机房楼（西部云谷）建设项目该项目位于西咸新区沣西新城，本机房建筑面积7982m2，本期先建设地下一层及一、二层的机房。
数据机房均按照模块化数据中心布局，机架362个，按照A级数据中心建设标准设计，采用冷通道封闭形式，恒温恒湿空调风柜和行级空调为机柜提供冷量。
自然冷源在数据中心空调系统中的运用分析摘要：空调系统对于数据中心的冷却有着不可取代的作用，为了能够满足数据中心设备稳定运行不间断散热要求，空调系统一直是节能研究的重点内容，并且已经取得了一定的效果。
自然冷源在数据中心空调系统中的应用，既可以保证散热要求，同时又能够达到更好的节能效果。
本文就自然冷源应用优势出发，基于不同自然冷源的利用方式特点，寻求更好的方式来将其功能性更完整的展现出来，为数据中心空调系统的可靠、高效、节能、运行提供支持。
关键词：自然冷源；数据中心；空调系统；节能在数字新基建快速发展的背景下，数据中心的建设量大大增加，空调节能问题逐渐成为重点研究的内容。
在新型数字交换设备不断发展更新的同时，单台设备单位面积的发热量明显增加，机房的高温将会对设备运行状态及寿命产生影响，制冷空调系统在其中起到的作用至关重要，实现整体温度的冷却。
面对数据中心空调系统能耗居高不下的问题，须进一步研究节能降耗的技术手段。
目前自然冷源应用，可以很好的达到这一效果，缓解传统压缩制冷方式的不足，减少空调能耗，降低PUE。
一、数据中心空调系统特点数据中心集中放置了大量的IT服务器以及基础配套设施，负责对海量数据的存储、运算和传输交换等，并且为用户提供网络服务，满足不同用户对信息处理的需求。
随着信息技术的飞速发展，数据中心的建设规模和容量在迅速扩大，随之形成与日俱增的能耗。
数据中心耗能大户主要包括IT主设备、电源系统以及空调系统等，且单IT设备和空调系统能耗便可以达到总量的90%。
为保证数据中心设备的稳定运行，就需要有可靠的技术方法进行冷却，将机房温度控制到一个合适的范围内[1]，数据中心冷通道温度控制在18~27℃。
因此，想要充分发挥出自然冷源的功能性，首先需要清楚数据中心空调系统的运行特点，包括以下几个方面：（1）长时间不间断运行。
数据中心设置并管理大量的IT设备，且需要长时间持续运行，存在着非常大的发热密度，为避免IT设备因为温度过高而出现运行异常，要求空调系统必须要全年不间断运行供冷。
自然冷却技术在机房空调中的应用现状
自然冷却技术是一种利用自然环境温度和空气流动来实现机房空调的一种节能技术。
它通过设计合理的通风系统，采用自然风的流动和自然温度调节来降低机房温度，减少对
机械制冷设备的依赖，从而降低能源消耗和运行成本。
目前，自然冷却技术在机房空调中
的应用已经逐渐得到推广和应用。
一、自然通风系统
自然通风系统是自然冷却技术中最为常见的一种应用方式。
它通过合理设计机房的进
风口和出风口位置，利用自然风的流动来实现机房的通风换气。
一般情况下，进风口设置
在机房的较低的位置，出风口设置在较高的位置。
通过外界自然风的吹拂，将机房内的热
空气排出去，同时将新鲜的冷空气引入机房，实现机房的降温和通风效果。
二、自然冷却壁
自然冷却壁是一种利用外界低温环境和大气流动来降低机房温度的一种技术。
它采用
特殊的材料构建机房外墙，并通过合理设计的通风孔来实现冷空气的进入和热空气的排出。
当外界温度较低时，冷空气通过通风孔进入机房，与机房内的热空气进行热交换，并将热
空气带出机房。
通过这种方式，可以有效降低机房温度，减少机械制冷设备的使用。
三、自然冷却槽
自然冷却槽是一种利用地下低温环境来实现机房冷却的一种技术。
它通过在地下挖掘
冷却槽，并将机房内的热空气引入槽中进行冷却。
地下的低温环境可以有效降低机房的温度，实现节能效果。
为了提高冷却效果，可以在冷却槽表面铺设导热材料，增加与地下环
境的热交换面积。
自然冷却技术在机房空调中的应用现状随着信息技术的飞速发展，机房作为数据中心的核心组成部分，起到承载和运行企业的重要作用。
随着机房的规模不断扩大和设备的不断迭代更新，机房的能耗问题也越来越突出。
而机房的核心设备之一——空调系统，是能耗的主要来源之一。
如何有效降低机房空调的能耗，提高能效，成为了机房运维人员亟需解决的问题。
而自然冷却技术则成为了目前降低机房空调能耗的一种较为成熟的技术手段之一。
自然冷却技术是指利用自然环境中的自然资源，如风、水、地热等来冷却机房内部设备的一种技术手段。
由于自然冷却技术与传统空调系统相比，不需要额外的耗能设备，能源效率较高，因此在节能环保的背景下受到了越来越多人的关注与应用。
1. 风冷系统：利用自然风力进行热交换，将机房中产生的热量通过风冷系统排出去。
风冷系统通常包括风口、风机、风道等组成部分。
通过控制风口的开启程度、调节风机的转速等方式，可以实现机房内部温度的调控。
目前，自然冷却技术在机房空调中的应用已经逐渐得到推广和应用。
在一些大型机房中，自然冷却技术被广泛应用于空调系统。
北京某数据中心通过引入风冷系统，将机房内部的温度控制在合适的范围之内，并且取得了良好的节能效果。
在一些新建机房中，自然冷却技术也被纳入到了设计之中。
上海某云计算公司新建的机房采用了地热系统，将机房内部的热量转移到地下的岩土层中，取得了很好的节能效果。
自然冷却技术在机房空调中的应用现状较为成熟。
随着能源的日益紧缺和环境保护的要求，相信自然冷却技术在机房空调中的应用将会越来越广泛。
随着技术的不断进步和优化，相信自然冷却技术将会在机房空调中发挥更大的作用，为机房运维人员提供更多的节能解决方案。
第２０卷第１２期２０２０年１２月R E F R I G E R A T I O N A N D A I R ＧC O N D I T I O N I N G ５１Ｇ５４收稿日期:２０２０Ｇ０４Ｇ１５,修回日期:２０２０Ｇ０５Ｇ１９作者简介:杨宇文,本科,主要从事数据中心空调给排水设计.某数据中心空调系统设计杨宇文㊀周利军(中国移动通信集团设计院有限公司)摘㊀要㊀结合夏热冬冷地区某城市的逐时气象参数,以２幢废旧厂房改造为数据中心为案例,介绍该数据中心空调系统的设计要点,分别计算常规冷源系统和蓄冷调峰冷源系统在完全自然冷却和非完全自然冷却模式下的能耗.在经济性分析的基础上,重点阐述蓄冷设施在满足市电中断后数据中心连续制冷的同时,利用峰谷电价政策实现数据中心运行节能的理念,大容量调峰蓄冷罐可满足冷却水的长时间应急补水,无须单独建造蓄水池.关键词㊀数据中心;空调;蓄冷;节能A i r Ｇc o n d i t i o n i n g s y s t e md e s i gn f o r o n e d a t a c e n t e r Y a n g Y u w e n ㊀Z h o uL i ju n (C h i n aM o b i l eG r o u p D e s i gn I n s i t i t u t eC o ．,L t d ．)A B S T R A C T ㊀C o m b i n i n g w i t ht h eh o u r l y m e t e o r o l o g i c a l p a r a m e t e r so fo n ec i t y inh o t s u mm e r a n d c o l dw i n t e r z o n e ,t h e r e c o n s t r u c t i o n o f t w o a b a n d o n e d f a c t o r i e s a s d a t a c e n t e r i s t a k e na s a n e x a m p l e t o i n t r o d u c e t h e d e s i g n p o i n t s o f t h e a i r Ｇc o n d i t i o n i n g s ys t e mi n d a t a c e n t e r ．T h e e n e r g y c o n s u m p t i o n o f c o n v e n t i o n a l c o l d s o u r c e s y s t e ma n d c o l d s t o r a g e p e a k Ｇs h a v i n g c o l d s o u r c e s y s t e ma r e c a l c u l a t e d i n f u l l y f r e e c o o l i n g a n d i n c o m p l e t e f r e e c o o l i n gm o d e s r e s p e c t i v e l y ．T h r o u g h e c o n o m i c a n a l y s i s ,i t f o c u s e s o n t h a t t h e c o l d s t o r a g e f a c i l i t y u s e s t h e p e a k Ｇv a l l e y e l e c t r i c i t yp r i c e p o l i c y t o r e a l i z e t h e e n e r g y Ｇs a v i n g c o n c e pt o f t h e d a t a c e n t e r o p e r a t i o nw h i l em e e t i n g t h ec o n t i n u o u s c o o l i n g o f t h ed a t ac e n t e ra f t e r t h e p o w e r o u t a g e ．T h e l a r g e Ｇc a p a c i t yp e a k Ｇs h a v i n g c o l ds t o r a g e t a n kc a na l s om e e t t h e l o n g Ｇt e r me Ｇm e r g e n c y r e p l e n i s h m e n to fc o o l i n g w a t e r w i t h o u tt h en e e dt ob u i l das e p a r a t es t o r a g e t a n k ．K E Y W O R D S ㊀d a t a c e n t e r ;a i r Ｇc o n d i t i o n i n g ;c o l d s t o r a g e ;e n e r g y Ｇs a v i n g㊀㊀自２０１５年以来,我国数据中心年耗电量超过全社会用电量的１．５％[１],随着互联网与信息技术的快速发展,这一比例还将上升.目前,常用的数据中心空调系统采用水冷系统,并按照１５m i n 连续制冷配置了蓄冷罐,保障市电中断后的不间断供冷.若将蓄冷罐容量增大,并与电力企业的峰谷电价政策相结合,在工程设计中加以应用,可作为数据中心节能降耗的创新实践.笔者结合某废旧厂房现状,简要介绍将其改造为数据中心时的空调系统设计,着重论述蓄冷罐调峰供冷在数据中心中的节能应用.１㊀工程概述１ １㊀工程概况本工程原功能为废旧厂房,土地使用性质是工业用地,现建筑外墙㊁外窗需要更换,室内墙面和地面需要重新设置㊁平整,将其改造为数据中心,数据中心应满足G B ５０１７４ ２０１７«数据中心设计规范»规定的A 级机房要求[２].该废旧厂区包括３个厂房.２＃厂房和３＃厂房均为地上三层钢筋混凝土框架结构建筑,原建筑面积分别为８１５５m ２和１０１５０m ２,建筑总高度均为２２．５m ,其中一层层高７．８m ,二层和三层层㊀ ５２㊀第２０卷㊀高均为６．６m,改造后建筑面积分别为８４００m２和１０４４０m２.结构抗震设防按７度地震作用计算,按７度采取抗震措施.２＃厂房包括高低压变配电室㊁电力电池室㊁主机房㊁制冷机房㊁消防设备室及辅助用房,３＃厂房包括高低压变配电室㊁电力电池室㊁主机房,２＃厂房共用制冷机房.发电机组采用室外油机.１ ２㊀室内设计参数A级机房室内设计参数宜按G B５０１７４ ２０１７«数据中心设计规范»要求确定.主要房间室内设计参数如表１所示,其余房间室内设计参数可按照工艺要求确定.表１㊀主要房间室内设计参数房间夏季/冬季温度/ħ相对湿度/％换气次数/h－１通风主机房２３~２７ɤ６００．７排尾气电力电池室１８~２８３５~７００．７平时/事故排风/排尾气变配电室５~３５２０~８０平时通风/排尾气２㊀空调冷源设计２ １㊀空调系统冷负荷根据工艺专业设计,２＃厂房装机１３４６架,单机架功耗４．５k W,发热量共计６０５７k W,３＃厂房装机２３０７架,单机架功耗４．５k W,发热量共计１０３８２k W,通过逐项逐时冷负荷计算,包括围护结构在内的终期空调系统冷负荷为１８９０４k W.２ ２㊀空调冷源配置本工程空调系统采用水冷式冷水机组,在２＃厂房内的制冷机房同时为２个机房楼供冷.冷水机组按３＋２配置,设置５台制冷量为７０３２k W (２０００R t)的１０k V高压离心式冷水机组,平时４台冷水机组在部分负荷(负荷率７５％~８０％之间)下运行,冷冻水供/回水温度为１４ħ/２１ħ,空调末端采用冷冻水型机房专用空调.冷却塔采用低噪声横流冷却塔,放置在２＃厂房屋顶,冷却水供/回水温度夏季为３２ħ/３８ħ(湿球温度２８ħ),冬季为１２ħ/１７ħ(湿球温度６ħ).为充分利用冬季自然冷源,每台冷水机组配置了板式换热器,冷水机组㊁冷却塔㊁板式换热器一一对应设置.此外,系统配置了气压罐定压补水脱气装置和水处理设备.２ ３㊀蓄冷罐配置依据如下公式[３]计算蓄冷罐体积(m３):V＝３．６Q s tΔtρc p F O MαV(１)式中:ρ为蓄冷水的密度,一般取１０００k g/m３;c p 为水的比热容,取４．１８７k J/(k g ħ);Q s t为蓄冷量(k W h);Δt为进出水温差(ħ);F O M为蓄冷罐完善度,一般取８５％~９０％;αV为蓄冷罐体积利用率,一般取９５％.按照满足高峰电价时段(６h)的机房供冷要求,经计算需要在室外设置开式蓄冷罐２个,每个有效蓄水容积为８０００m３.平时夜间５台冷水机组需全部运行,同时为机房和蓄冷罐供冷,蓄冷罐此时处于蓄冷状态,夜间低谷电价时段８h内蓄满１４ħ的冷冻水.白天电价高峰时段,关闭冷水机组,采用蓄冷罐供冷,降低运行费用;当市电中断,制冷系统转入由不间断电源系统供电,在冷水系统恢复正常运转之前,二次侧冷冻泵㊁机房精密空调连续运转,蓄冷罐处于供冷状态,提供空调末端冷冻水,可保证机房１５m i n的连续供冷.同时,将其中１个蓄冷罐与冷却塔补水系统连接,满足市政停水后冷却塔连续补水需求,无需单独建设地下蓄水池.２ ４㊀空调冷冻水系统图１所示为冷冻水系统原理图,蓄冷罐容积根据工程实际按需配置.图１㊀空调系统冷冻水系统流程图３㊀空调水系统设计空调冷冻水系统采用二次泵系统,一次侧冷㊀第１２期杨宇文等:某数据中心空调系统设计５３㊀ ㊀冻泵㊁板式换热器㊁冷却塔与冷水机组一一对应.一次管路采用环网设计,二次管路为双支路环路,每个机房空调区内均为双路供回水.一次侧冷冻泵采用定频双吸泵,二次侧冷冻泵㊁冷却水泵采用变频双吸泵.各管路节点两端均设置阀门,整个水系统管路没有单点故障,系统中的任一组件都可以从系统中拆除或维护.４㊀空调风系统设计电力电池室和变配电室采用冷冻水型机房专用空调,室内气流组织形式为风管或风帽上送风㊁机组侧下回风;机房采用冷冻水型机房专用空调,气流组织形式为地板下送风,封闭冷通道,上回风.在屋顶设置风冷直膨式新风机组,夏季将新风冷却除湿后送入机房,冬季将新风加热后送入机房,维持机房正压(５~１０P a).５㊀蓄冷罐调峰经济性分析基于前述系统配置,对常规制冷方案和蓄冷调峰方案进行初投资及运行费用评估,系统直接费见表２和表３,经测算,常规冷源系统工程直接费为２４４１．１万元,考虑措施费㊁间接费㊁利润㊁税金后的系统建安费估算约为３０５１．４万元.蓄冷调峰冷源系统工程直接费为４２７５．９万元,考虑措施费㊁间接费㊁利润㊁税金后的系统建安费估算约为５３４４．９万元.评估基于如下假设:１)机房工艺负荷满载运行,忽略空调总冷负荷受室外气温影响导致的波动;２)全天电价:高峰时段(６h )为１．２元/千瓦时,平段时段(１０h )为０．７元/千瓦时,低谷时段(８h )为０．４元/千瓦时;表２㊀常规冷源系统工程直接费估算序号名称参数单价/万元数量/台总价/万元备注一冷源系统直接费２０２２１．１１０k V冷水机组制冷量７０３２k W ,功率１１１０k W ,冷冻水供/回水温度:１４ħ/２１ħ１６０４６４０自带启动柜１．２开式冷却塔水量１３００m ３/h ,夏季水温３８ħ/３２ħ,冬季水温１７ħ/１２ħ,功率１６５k W １００４４００自带启动柜１．３一次侧冷冻泵１０００m ３/h ,９０k W ２０４８０１．４冷却水泵１３００m ３/h ,１６０k W ２５４１００１．５二次侧冷冻泵９５０m ３/h ,１１０k W２０４８０１．６板式换热器换热量７０３２k W３５４１４０１．７阀门㊁管路及安装蝶阀㊁无缝钢管㊁镀锌钢管等４３２按设备费的３０％取１．８开式蓄冷罐有效容积７００m ３,直径６．５m ,高２２m １５０１１５０满足１５m i n 供冷二配电系统直接费配电柜㊁控制柜等２８０．８含水泵配电柜㊁变频器㊁E P S 柜㊁电缆等三蓄冷罐基础费圆形基础,直径７．５m６０１６０桩基四蓄水池土建费有效容积６００m ３,面积１３５m ２,深４．５m７８．３满足１２h ,按５８００元/米２估算,不含泵房面积表３㊀蓄冷调峰冷统工程直接费评估序号名称参数单价/万元数量/台总价/万元备注一冷源系统直接费３３００１．１冷水机组制冷量７０３２k W ,功率１１１０k W ,冷冻水供/回水温度:１４ħ/２１ħ１６０５８００自带启动柜１．２开式冷却塔水量１３００m ３/h ,夏季水温３８ħ/３２ħ,冬季水温１７ħ/１２ħ,功率１６５k W１００５５００自带启动柜１．３一次侧冷冻泵１０００m ３/h ,９０k W２０５１００１．４冷却水泵１３００m ３/h ,１６０k W ２５５１２５１．５二次侧冷冻泵９５０m ３/h ,１１０k W２０５１００１．６板式换热器换热量７０３２k W３５５１７５１．７阀门㊁管路及安装蝶阀㊁无缝钢管㊁镀锌钢管５４０１．８蓄冷罐(应急＋调峰)有效容积８０００m ３,直径２１．５m ,高２４m４８０２９６０二配电系统直接费配电柜㊁控制柜等３１５．９三蓄冷罐基础费圆形基础,直径２２．５m６６０㊀ ５４㊀第２０卷㊀㊀㊀３)不考虑水处理㊁定压设备㊁空调末端投资及运行费用;４)忽略蓄冷罐对室外绿地带来的影响.以夏热冬冷地区某城市为例,当室外环境湿球温度ɤ６ħ,系统可实现完全自然冷却,以此温度为界限,依据«中国建筑热环境分析专用气象数据集»[４],统计了该城市完全自然冷却和非完全自然冷却时间,综合考虑冷水机组在部分负荷㊁冷却水进水温度变化下的冷水机组功率变化,计算了２种制冷模式下的冷源系统平均功率,按高峰㊁平段㊁低谷计算了系统运行电费,见表４和表５.常规冷源系统２种运行模式的电费总计约２１７０．９万元,蓄冷调峰系统２种运行模式的电费总计约１４４３．８万元.从初投资和运行费用可知,蓄冷调峰系统初投资较常规系统增加约２２９３万元,年运行电费节约约７２７万元,静态回收期约３．１５年.表４㊀常规冷源运行电费制冷模式运行时间/h冷源平均功率/k W冷源平均能耗/(MW h)时段时段占比冷源各时段用电量/(MW h)单价/(元/千瓦时)电费/万元非完全自然冷却高峰０．２５６６７１．６９１．２８００．６６２１２４２９６２６６８６．７５平段０．４２１１１１９．４８０．７７７８．４低谷０．３３８８９５．５８０．４３５５．８完全自然冷却高峰０．２５８１４．０９１．２９７．７２５４８１２７８３２５６．３４平段０．４２１３５６．８１０．７９５．０低谷０．３３１０８５．４５０．４４３．４表５㊀蓄冷调峰冷源运行电费制冷模式运行时间/h冷源平均功率/k W冷源平均能耗/(MW h)时段时段占比冷源各时段用电量/(MW h)单价/(元/千瓦时)电费/万元非完全自然冷却１１９７３９．２３高峰０．２５１８４．８１１．２２２．２６２１２４２９６２６６８６．７５平段０．４２１１１１９．４８０．７７７８．４５６０５３４８１８．２６低谷０．３３１１６０６．０９０．４４６４．２完全自然冷却１１９３０３．２１高峰０．２５７５．８０１．２９．１２５４８１２３６３１４９．３３平段０．４２１３１２．２２０．７９１．９２２９５５８４７．６６低谷０．３３１９４９．２２０．４７８．０６㊀结论１)旧厂房改造为数据中心是可行的,可节省报规报建等手续,建设周期短.２)在有峰谷电价政策的地区,蓄冷罐利用峰谷电价差可实现数据中心节约电费的目的,在满足规划㊁绿地率㊁容积率条件下,可适度建设大容量蓄冷罐.经本案例综合分析,蓄冷罐调峰供冷较节能,投资回收期处于合理范围.３)大容量调峰蓄冷罐可满足市电中断连续制冷要求,亦可满足市政停水后冷却水的长时间应急补水,无须单独建设蓄水池,适用于旧厂房改造为数据中心的场所.参考文献[１]㊀李克强．政府工作报告 ２０１５年３月５日在第十二届全国人民代表大会第三次会议上[M]．北京:人民出版社,２０１５．[２]㊀数据中心设计规范:G B５０１７４ ２０１７[S]．[３]㊀陆耀庆．实用供热空调设计手册[M]．２版．北京:中国建筑工业出版社,２００８:２１２３．[４]㊀江亿,熊安元,朱燕君,等．中国建筑热环境分析专用气象数据集[M]．北京:中国建筑工业出版社,２００５．。
通信机房利用自然冷源降温案例 要：本文对通信机房利用自然冷源为机房降温进行探讨，论证了不同方式利用自然冷源替代机房空调的可行性和利弊。
前言
近年来，全国通信网络规模和用户规模不断扩大，通信企业设备运行的耗电量已经成为不断增加的重要成本。在众多的用电成本中，空调用电费占有相当大的比例。据调查，在机房中 仅精密空调的运行耗电量就占机房总用电量的50%以上，在数量众多的基站、模块局中，空调用电量基本站基站或模块局用电量的70%左右。因此，如何降低空调用电的开支，成为通信企业迫切需要研究的重要课题。
对于通信机房这类几乎全年都需要向外排热的特殊场所，全年运行空调能耗很大，目前国内存在以下几种节能手段：变频技术；机房空调机组自适应控制技术；新风冷却技术等。采用正确、合理的综合解决方案可以有效减少空调的运行时间，在节约空调用电的同时延长空调的使用寿命，提高能源利用率，保护环境，减轻国家能源的供需压力。本文就自然冷源制冷解决方案进行介绍。
一、电信机房节能降耗的可行性 北京电信公司为保证通信系统设备的正常运行,对机房运行环境要求严格,主要体现对机房环境空间〝四度〞的要求,即机房环境的湿度、温度、洁净度和送风的均匀度。
温度控制范围是20℃-27℃ 湿度控制范围是40%RH-60%RH 洁净度的要求为空气中的含尘小于50μg/m³ 送风的均匀度应保证机房空间温湿度场梯度最小（没有温湿度死点） 为保证机房设备的环境空间〝四度〞的需求,给设备提供安全可靠的运行环境，需要合理的配备机房专用空调。一般通信机房选配机房空调时，单位面积热负荷为250W/M²-350W/M²，而我公司IDC机房由于设备密度高发热量大，单位面积热负荷达到800W/M²-1500W/M²。所以，即使在寒冷的冬季也需要空调制冷降温,这也是通信机房必须配备机房专用空调的原因之一。
下表为某电信机房空调数据：电费：1元/度
上述数据表明机房空调为通信设备制冷降温须消耗大量的能源,而在北方地区冬季室外却有丰富的自然冷源——冷空气。
一方面空调压缩机消耗能源制冷，另一方面室外有丰富的自然冷源。如能合理的使用自然冷源为机房降温,空调压缩机的运行时间就会缩短运行5个月左右时间。这样不但节约了大量的电能，同时也延长了空调机的使用寿命,减少了空调机组的维护工作量,降低了维护成本。
下表是北京地区的历史气候资料： 从北京历史气象资料的室外温度数据分析来看，北京地区一年中有5个月的时间，最高平均气温低于ºC。因此，北京地区利用室外自然冷源为机房降温的节能方式是可行的。
二、电信机房节能降耗的可行性 这种节能技术原理就是利用室外的自然环境冷源，当室外空气温度低于室内温度一定程度时，通过相应的技术手段将室外冷源引入机房内，把机房的热量带走，达到降低机房温度的目的。从而减少机房空调的使用时间，达到节约电能的目的。利用室外冷源的方式主要有三种方式：
1、直接引入式新风系统 直接将室外新风送入机房内，当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，为室内降温。当室外温度高不足以带走室内热量时，则仍然开启空调工作。
2、热回收式新风换气机新风系统 使用显热或全热交换器利用室外新风的作为冷源带走热量，室外空气并不直接进入室内；而是和室内空气在显热或全热交换器内换热后在排出室外。
3、乙二醇干冷器热交换系统 乙二醇溶液通过干冷器与室外冷空气进行热交换，将其自然冷却获取冷量，再由循环泵把低温乙二醇溶液送入机组内表冷器冷却室内回风空气，最后由送风机将冷却后的空气送入室内。
我国幅员辽阔，地形复杂。各地由于纬度、地势和地理条件不同，气候差异悬殊。因此，同样方式的节能效果会因地而异，因此，在对机房空调节能改造时，要根据当地的气象条件和室内安装空间选择合理的利用室外冷源的方式。 1)直接引入式新风系统 图1为直接利用室外冷空气进行空气处理过程的i-d图.由于机房的空调送风温度不得低于机房空气的露点温度,所以首先要对室外空气进行加热(及过程①),使送风温度达到t=10℃;过程②是冬季干燥空气的加湿的过程;过程③是利用送风温差进行吸热(制冷)的过程.
图1 直接里哟偶那个室外冷空气进行空气处理 下面对空气处理过程的能耗进行分析.
室外冷空的加热过程可以写成:Qj=L*G*ρ*(th-tW)---(1) 其中:Qj-所需加热量(KJ/h)L-机组风量(m³/h) G-空气的比热KG•℃)ρ-空气比重(kg/m³) Th-送风温度(℃)tW-室外空气计算温度(℃) 空气的加湿量可以写为: W=L*(dn-dw)/1000---(2) 其中:W-所需的加湿量(kg/h)dn-室内空气含湿量(g/kg) dw-室外空气含湿量(g/kg) 机房专用空调通常使用电极式加湿,电极式加湿器每小时、每千克加湿量耗电,所以,电极式加湿器的耗电为:
N=W/=L*(dn-dw)/740---(3) 室外冷空气的有效制冷量为: Ql=L*G*ρ*(tn-th)---(4) 其中:Ql-有效制冷量(KW)tn-室内温度(℃) 空气处理过程的能耗分析: 从图1中可以知道,tn=10℃、tW=-29℃、ρ=将这些数据代入式⑴、式⑵、式⑶和式⑷可以得到:
Qj=L***(10+29)/3600= Ql=L***(20-10)/3600= N=L* 由上述计算结果可以得到: Qj/Ql== N/Ql== 通过以上计算可以得出如下结论:在室外气温-29℃,若引入室外冷空气满足交换机房室内的温湿度,虽然利用了自然冷源,但是要花费所节省冷量倍能量去加热冷空气,以保证送风温度不低于露点温度;另外还需要花费所有冷量倍能量保证机房环境湿度的要求.当室外温度随季节从最低温度从最低逐渐升高时,加热所花费的能量逐渐减少,当室外温度达到10℃,不需要加热,但是仍花费的能量去加湿.
综上所述,利用室外丰富冷源对通信机房降温,必须解决对新风的二次加热和加湿问题,否则不会达到节能效果。 因此,采用智能型新风引入节能空调在引入室外空气低于10℃时，将引进的室外冷空气与室内空气混合后在送入室内，同时使用湿膜加湿器对室内空气进行等焓加湿,保证机房环境的温湿度。由于湿膜加湿器消耗电能极少，可以克服上述论证的引入室外冷空气消耗大量能源进行加热和加湿的问题。从而在室外环境温度较低时将室外冷空气引入机房降温成为现实，可以部分取代专用空调机,节约大量能源。下图所示为智能型新风引入节能空调组成示意。
这种新风混合配合湿膜加湿器的空调机组,其本身能耗低,在配套使用先进的自动控制系统,提高其可靠和稳定性.在适合的室外条件下,可以作为机房空调的补充.在北京地区可降低机房空调能耗46%以上.这样的空调在技术上是可行的,在条件适合时,完全可以取代机房空调的工作,会给企业带来巨大的经济效益.
智能型新风引入节能空调机组采用了变频调速混风、微机智能控制和湿膜加湿等空调领域先进技术研制开发的机电一体化产品。其原理是：充分利用室外环境低温时的丰富冷空气与机房内高温空气混合，控制送风温度在露点温度以上，并根据机房发热负荷的变化调节进风量，保证机房内的温度在要求的范围内；同时通过湿膜加湿器等焓加湿对机房内湿度进行控制，取代机房空调耗能高的电极式加湿器。从而在室外环境温度较低时（低于10℃），可以取代专用空调工作，节约大量能源。
2）热回收式新风换气机新风系统 热回收新风换气机就是将室内污浊空气排到室外的同时，将室外的新鲜空气送入室内，利用室外空气的温度差，将室内的部分冷（热）量进行回收的一种置换式通风换气装置。
精密机房要求恒温恒湿，而机房内由于存在大量的发热设备，所以即使在冬季仍然需要利用空调制冷对机房内的空气进行降温，由此而带来的空调能耗非常大。如果利用将室外的冷空气直接送入室内、将室内的热空气排出室外的方法给室内降温，势必会使室内的湿度大量流失，同时也影响室内空气的洁净度。利用热回收换气机的热交换功能可以既保证室内的湿度和洁净度，又能利用室内、外的温差，有效地降低室内的温度，达到节能的目的。如下图所示，室外的冷空气由室外空气入口进入换气机，经换热器后由排风机排至室外；室内热空气由室内空气入口进入换气机，在经过换热器时被冷却降温后由送风口送入室内，由于其为等湿降温过程，所以，经热交换后送风的温度降低而含湿量不变。其原理如下图所示：
板式换热器的原理和实物图 3）乙二醇干冷器热交换系统 乙二醇干冷器热交换系统采用间接利用自然冷源的方式，也称其为自然冷却型节能空调。利用室外干冷器与室外空气换热,在利用乙二醇水溶液作为载冷剂为室内机组节能盘管提供冷源降低机房温度。该机组采用微电脑控制,当乙二醇回水温度与机房温度相差7℃时,便可以部分利用自然冷源,不足部分由压缩机补充。当上述温差14℃以上时便可完全取代压缩机制冷,达到节能的目的。
自然冷却型空调是利用乙二醇水溶液冰点低的特性,在冬季用其做载冷剂制冷降温.乙二醇水溶液浓度越高其冰点越低,所以在应用时应根据当地冬季的最低温度调配乙二醇溶液的浓度。乙二醇水溶液的比热小于水的比热,随着其浓度的增加其比热会进一步降低。自然冷却型专用空调机组在冬季乙二醇溶液浓度一般为30%,此时其冰点为-28℃,比热为KG•℃.而在东北地区应用时,乙二醇的配比浓度为50%,此时其冰点为-35℃,比热为KG•℃。由此可以看出乙二醇溶液的配比浓度影响其换热能力的大小。根据传热计算公式可计算出乙二醇溶液和干冷器换热量。
