某银行数据中心空调系统节能分析

盛青青（上海建筑设计研究院有限公司,上海200041）

某银行数据中心空调系统节能分析

盛青青
（上海建筑设计研究院有限公司,上海200041）

介绍了上海某银行数据中心的空调冷热源系统，数据中心采用的热回收机组和3000m3的空调应急水箱，可以为办公区提供冬季空调热源及夏季水蓄冷水箱，有效的降低了办公区空调的运行成本。

水蓄冷；热回收；数据中心

0 引言

数据中心主机房作为综合布线和信息化网络设备的核心，其是否安全运行直接关系到中心的各类重要数据和主要业务的正常运作。为保证机房承担各项任务时不间断地正常运行，数据中心的空调系统必须在保证安全的前提下，为高性能计算机系统提供稳定、可靠的工作环境。在保证数据中心安全、高效运行的前提下，数据中心冷源与办公区冷热源相结合的系统，可以有效的降低办公区的运行费用。

1 工程概况

该工程位于上海市张江高科技园区银行卡产业园，总建筑面积约15.3万m2。地上1#楼为数据中心，2#和3#楼为办公业务处理中心，4#楼为培训中心、食堂和宿舍，5#楼为专家楼；地下主要功能为各类设备用房、汽车停车库及辅助用房等，部分兼为六级人员掩蔽部。

2 空调冷热源设计

2.1 数据中心冷源

数据中心总冷负荷为10458k W，为确保数据机房24h安全运行，冷冻机组装机容量考虑20%扩容余量，采用N+2台数配置，为4台3169k W变频离心式冷水机组和2台带全热回收冷凝器的3169k W变频离心式冷水机组，其中两台为备用，热回收机组回收的热量供业务处理中心冬季空调采暖用。冷冻水系统中串联16台22m3的密闭蓄冷罐，平时工作状态为蓄冷过程，当市电出现故障，在柴油发电机组启动之前，冷冻水泵系统、机房精密空调由U P S供电，继续运转，蓄水罐处于放冷状态，继续为机房精密空调供冷，可满足15min全荷载设计的供冷量。

冷冻水供回水温度为10℃/18℃，可使冷水机组在较高的COP下运行，提高供冷系统的效率；为最大化利用免费冷源，冷水机组供冷系统中并联两组板式换热器，每组板换的换热量为3169k W，在冬季及过渡由免费冷源供冷；为提高数据中心空调系统运行的安全可靠性，还备有3000m3的空调应急水箱，可保证空调水系统一天的正常运行所需冷量。末端供回水管路采用A、B两个独立回路，平时A、B两个回路运行的水量分布为各50%，同时运行；当其中一个回路出现问题时，可直接切换至另一个回路供冷。

图1 数据中心冷源系统原理图

数据中心冷源系统原理图如图1所示。

2.2 办公、培训中心冷源

办公区充分利用夜间低谷电价，采用水蓄冷系统，共配置3台3169k W离心式冷水机组。其中一台冷水机组夜间8小时进行蓄冷，总蓄冷量25352k Wh，采用3000m3的空调应急水箱为蓄冷水槽，蓄水温度为6℃/13℃，白天通过板式换热器放冷，与冷水机组联合供冷。

空调供回水温度为6℃/14℃，大温差系统，可较大的节约水泵输送能耗，减小系统输水管径，节约初投资。办公区冷源系统原理图如图2所示。

水蓄冷系统可实现4种运行工况，夜间蓄冷工况、冷水机组供冷工况、蓄冷水槽供冷工况和冷水机组与蓄冷水槽联合供冷工况。

该项目的蓄冷水槽为土建水池，内壁需做防水保温处理；水槽上、下分别设置布水器，以保证蓄冷温度的均匀分布，布水器三维示意图如图3所示。

图2 办公区冷源系统原理图

图3 布水器三维示意图

2.3 热源

冬季办公区采暖总热负荷为5008k W，优先利用数据中心带热回收冷凝器的冷水机组供热，供回水温度为45-40℃。另配备2台2.5MW的燃油、燃气两用真空热水锅炉，作为辅助热源，平时使用天然气，当天然气切断时可使用备用柴油。锅炉房使用的储油罐与柴油发电机房使用的储油罐合用。锅炉供回水温度为60-50℃，直接供冬季空调使用。

冬季采暖以热回收机组为主，锅炉为辅，优先使用热回收系统。如果热回收机组的温度保持稳定状态不变，继续使用热回收机组，如果末端温度下降连续半小时不能维持设计温度，则系统报警，并关闭热回收供热系统，开启锅炉供热系统。

3 节能分析

3.1 免费冷源系统

在数据中心投入使用初期，末端冷负荷较小，过渡时期可以由免费供冷换热板换提供冷源，运行时间可相对延长，减少主机的开启时间。在数据中心正常运行期间，冬季室外湿球温度较低的情况下，可以关闭主机，切换至免费冷源供冷系统，降低数据中心空调系统的运行费用。

免费冷源系统使用设计日的供冷量转化为冷水机组供冷量，经计算，可节省运行费用17926元。根据上海地区全年湿球温度统计数据[1-2]，可采用免费冷源系统供冷的时间约占全年时间的20%，则使用免费冷源季可节省运行费用约130万元。

3.2 水蓄冷系统

水蓄冷技术可以充分利用峰谷优惠电价。上海市夏季工商业两部制分时电价见表1。

表1 上海市夏季工商业两部制分时电价

从电价表中可以看出，峰电与谷电的比值为4.2：1，充分利用夜间低谷电价，可节省较高的空调运行费用。办公区夏季设计日水蓄冷的运行策略如图4所示（水蓄冷中预留5000k W蓄冷量给数据中心）。

从设计日运行策略图可知，蓄冷水槽白天以每小时1600k W均匀释放冷量，共运行13h，总释冷量为20800k Wh，预留5000k Wh蓄冷量给数据中心。

若将白天总释冷量转化为冷水机组供冷量，经计算可得，设计日可节省运行费用3690元，整个夏季可节省运行费用约38万元。

3.3 热回收系统

冬季优先采用热回收机组回收的热量供办公中心空调采暖用，可有效的节省空调运行费用。

冬季空调尖峰总热负荷为5008k W，设计日一天的总热负荷为56690k W。燃气费按4.0元/m3计算，设计日采用热回收机组系统比采用燃气锅炉系统要节约运行费用9415元，整个冬季采暖供热天数按120d计算，则可节约运行费用约79万元。

图4 办公区夏季设计日水蓄冷的运行策略

4 结语

随着经济的发展，越来越多用户需要大量的数据处理和信息交换，大量的企业开始进行数据中心建设，冰蓄冷、水蓄冷、热回收、免费冷源等节能措施在数据中心的应用已经越来越普遍。

热回收技术和蓄冷技术在数据中心的节能应用中有很大的前景，不仅可以提供数据中心的应急冷源，保障数据中心的安全运行，同时也可以为办公区减低运行费用。

[1]王在峰.冷却塔供冷系统在既有建筑空调节能改造中的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2008.

[2]漆海兵.冷却塔供冷系统设计研究[J].制冷技术,2013,33（2）：57-61.

Energy Saving Analysis of Bank Date Center Air-conditioning System

SHENG Qing-qing
（Shanghai Institute of Architectural Design&Research Co.，Ltd，Shanghai 200041，China）

T h i s p a p er intro d uce s t h e col d an d h eat s ource o f t h e air con d itionin g s y s tem f or a b an k d ata center in S h an gh ai，t h e h eat reco v ery c h iller s com b ine d w it h 3000m3air-con d itionin g col d w ater emer g ency tan k can p ro v i d e h eat s ource in w inter an d c h ille d w ater s tora g e in s ummer，wh ic h re d uce s air-con d itionin g o p eration co s t o f t h e o ff ice area e ff ecti v ely.

c h ille d w ater s tora g e；h eatreco v ery；d ate center

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.022

T U83

B

2095-3429（2017）03-0088-04

2017-04-10

修回日期：2017-05-31

盛青青（1984-），女，浙江人，硕士，工程师，主要从事暖通空调设计工作。