《電力數(shù)據(jù)中心空氣調節(jié)系統(tǒng)技術調研報告》

電力數(shù)據(jù)中心空氣調節(jié)系統(tǒng)技術及需求

調研報告

中國電力工程

東北電力設計院有限公司

顧問集團

I

1概述

1.1調研目的

本調研專題報告作為制定電力行業(yè)標準《電力數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》工作的一

部分，為標準中空氣調節(jié)部分的條文編制提供技術支撐。

1.2調研范圍及調研對象

本專題報告調研范圍涵蓋不同地區(qū)、不同等級、不同規(guī)模、不同用途、不同

建設模式的電力行業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)中心以及具有先進技術代表性的大數(shù)據(jù)中心，調研

對象涉及國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、內蒙古電力（集團）有限公司、發(fā)電集

團和華為集團數(shù)據(jù)中心機房。具體對象如下：

?國家電網(wǎng)公司東北分部自動化和信息、通信數(shù)據(jù)中心機房

?國家電網(wǎng)公司吉林省電力公司自動化機房和信息機房、通信機房和應急

指揮系統(tǒng)機房

?國家電網(wǎng)公司黑龍江省電力公司

?國家電網(wǎng)公司蒙東電力公司自動化機房和信息、通信機房

?國家電網(wǎng)公司冀北電力公司自動化機房

?內蒙古電力（集團）有限責任公司自動化機房、信息及通信機房

?內蒙古烏蘭察布電業(yè)局自動化機房、信息及通信機房

?內蒙古錫盟超高壓電業(yè)局自動化機房、信息及通信機房

?國家電網(wǎng)公司承德供電公司自動化機房

?國家電網(wǎng)公司長春供電公司自動化機房、信息及通信機房

?國家電網(wǎng)公司哈爾濱供電公司自動化機房、信息及通信機房

?華能新能源集控中心監(jiān)控系統(tǒng)機房

?龍源吉林分公司新能源集控中心監(jiān)控系統(tǒng)機房

?東北能源大數(shù)據(jù)中心一期工程主機房

?南方電網(wǎng)公司南方能源大數(shù)據(jù)中心一期工程主機房

?南方電網(wǎng)大灣區(qū)數(shù)字產(chǎn)業(yè)基地項目數(shù)據(jù)中心一期主機房

?南方電網(wǎng)公司青遠蓄能水電站數(shù)據(jù)中心主機房

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?華為集團云數(shù)據(jù)中心主機房

1.3調研方式

本報告調研的時間跨度為2000年～2022年，調研分析主要采用以下幾種方

式方法：

（1）走訪現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場

（2）查閱相關工程設計報告

（3）查閱公開發(fā)表的論文及其它文獻

（4）工程設計實踐經(jīng)驗總結

（5）應用已有的研究成果

（6）對比分析

2電力數(shù)據(jù)中心機房空氣調節(jié)系統(tǒng)設計及使用情況

2.1機房設置

絕大部分電力數(shù)據(jù)中心機房按照內部業(yè)務系統(tǒng)需求建設，主要分為自動化機

房（監(jiān)控系統(tǒng)機房）、通信機房、信息機房、應急指揮系統(tǒng)機房。此外，還有部

分對外服務業(yè)務的數(shù)據(jù)中心，主要有能源大數(shù)據(jù)中心和新能源集控中心機房。

數(shù)據(jù)中心機房建筑可分為二種情況：一是與其它功能房間使用同一棟建筑，

通常為民用辦公建筑；另一種則是獨立的機房建筑，通常為廠房建筑。電力數(shù)據(jù)

中心機房設置地點絕大部分屬于第一種情況，即設置在辦公樓內，建筑形式主要

為高層或多層民用建筑，少數(shù)規(guī)模大的數(shù)據(jù)中心機房設置在獨立的數(shù)據(jù)中心園區(qū)，

建筑形式為單層或多層廠房建筑。

2.2機房空調制冷方式

迄今為止，電力數(shù)據(jù)中心使用的機房空調主要有三種類型：風冷空調、乙二

醇空調和冷凍水空調。其中，絕大多數(shù)的電力數(shù)據(jù)中心機房空調只采用了一種制

冷方式，少數(shù)數(shù)據(jù)中心機房使用二種不同的制冷方式空調，即冷凍水空調+風冷

空調或冷凍水空調+多聯(lián)機空調。此外，還有正在工程建設中的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，

不同機房設計采用了不同的制冷方式。例如：部分機房采用冷凍水空調，部分采

用間接蒸發(fā)冷卻空調（AHU），部分采用浸沒式液冷空調。

2.3空調送風方式

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現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心機房絕大多數(shù)采用機房冷卻，下送風、上回風（機房內自

然回風或天花上回風）方式；少數(shù)機房，主要是規(guī)模較小的機房，采用空調直吹

送風方式；此外，少部分機房除了設置有機房級空調外，還設置有列間空調用于

負荷較重的IT機柜。

2.4氣流組織

投運時間較早的電力數(shù)據(jù)中心機房機柜布置普遍采用各列機柜正面朝向一

致的布置方式，導致冷熱空氣混合、氣流短路現(xiàn)象嚴重；后期投運的電力數(shù)據(jù)中

心機房則大多采用機柜面對面、背對背的布置方式，但機柜內空置U位沒有設置

盲板，使得冷熱空氣混合、氣流短路現(xiàn)象依舊比較突出；正在設計建造中的規(guī)模

較大的數(shù)據(jù)中心則多設計采用冷通道封閉或熱通道封閉的氣流組織形式。

2.5新風系統(tǒng)配置

規(guī)模較大的電力數(shù)據(jù)中心計算機機房絕大多數(shù)設置有新風系統(tǒng)，而通信機房

以及規(guī)模較小的計算機機房則多數(shù)沒有設置新風系統(tǒng)。

絕大多數(shù)電力數(shù)據(jù)中心機房新風系統(tǒng)的新風量按照每小時換風次數(shù)1次設

計，個別電力數(shù)據(jù)中心機房新風系統(tǒng)的新風量為每小時換風次數(shù)6次。

大多數(shù)電力數(shù)據(jù)中心機房新風系統(tǒng)配置有初效和中效過濾器，部分電力數(shù)據(jù)

中心機房新風系統(tǒng)除了初效和中效過濾器，還配置有亞高效過濾器。

部分電力數(shù)據(jù)中心機房新風系統(tǒng)配置有加熱器，極少數(shù)電力數(shù)據(jù)中心機房新

風系統(tǒng)配置有新風冷卻部件和混風部件。

電力數(shù)據(jù)中心機房新風系統(tǒng)大多數(shù)采用吊頂暗藏式安裝方式，少數(shù)機房新風

系統(tǒng)采用落地式安裝方式。

2.6加濕器

絕大部分已經(jīng)投運的電力數(shù)據(jù)中心都是由空調設備加濕，沒有配置單獨的加

濕設備。只有少數(shù)后期投運或設計中的電力數(shù)據(jù)中心主機房設置有獨立的加濕器。

個別數(shù)據(jù)中心主機房還設計有加濕和除濕一體機。

2.7空氣調節(jié)系統(tǒng)控制方式

絕大部分電力數(shù)據(jù)中心機房空氣調節(jié)系統(tǒng)設備采用各自獨立控制方式，只有

及少數(shù)電力數(shù)據(jù)中心機房空氣調節(jié)系統(tǒng)設備采用了聯(lián)合集中控制技術。

2.8能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)

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已投運的電力數(shù)據(jù)中心中基本上沒有空氣調節(jié)系統(tǒng)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，只有

及個別的數(shù)據(jù)中心設置有空氣調節(jié)系統(tǒng)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)。

3現(xiàn)狀分析

3.1電力數(shù)據(jù)中心建設特點

根據(jù)中國電力工程顧問集團公司科技項目《電力調度通信樓機房工藝設計

節(jié)能技術研究》結果，電力數(shù)據(jù)中心建設具有如下主要特點：

a）業(yè)務系統(tǒng)運行可靠性和安全性有著嚴格的要求

電力生產(chǎn)調度指揮、通信及信息業(yè)務系統(tǒng)涉及電力系統(tǒng)運行實時調度、安全

穩(wěn)定控制和電力生產(chǎn)管理，對于國家經(jīng)濟和社會穩(wěn)定有著重大的影響，其運行安

全和可靠性要求比較高，因此電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心需要按照高等級標準建設。按照

國家標準GB50174-2008《電子信息機房設計規(guī)范》，機房按照可靠性、可用性等

級，從高到低劃分為A、B、C三類；國際上美國國家標準TIA-942《數(shù)據(jù)中心電

信基礎設施標準》按照實用性和可靠性等級要求，把數(shù)據(jù)中心從低到高分為Tier

I~TierIV，四個等級。

b）數(shù)據(jù)中心建設地點沒有選擇性，選址無法考慮地區(qū)自然地理和氣候環(huán)境條

件。

c）機房設置在辦公樓內，空調、電源等基礎設施擴充困難，因此通常需要按

照遠期規(guī)劃考慮一次性設計、建成。

d）受建筑條件限制，機房防靜電活動地板高度一般不大于500mm。

e）調控中心業(yè)務系統(tǒng)通常采用功能分布式架構，IT設備按照業(yè)務類別安裝

部署，機柜功率密度較低且分布不均。

3.2現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)存在的主要問題

a）機房設計冷量與實際需要不匹配

機房設計冷量與實際需求不匹配是近些年機房空調系統(tǒng)設計中出現(xiàn)比較多

的問題。據(jù)調查，江蘇省電力公司、國網(wǎng)東北分部、福建省電力公司、天津電力

公司等許多電力數(shù)據(jù)中心機房在投運初期即出現(xiàn)空調制冷不足的問題。例如：國

網(wǎng)東北分部和福建省電力調度通信中心大樓投入使用當年即發(fā)現(xiàn)部分機房室內

環(huán)境溫度過高，影響服務器設備的安全穩(wěn)定運行。

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機房設計冷量與實際需求不匹配出現(xiàn)的主要原因是冷量計算偏小，或者冷凍

水機組管路設計不合理使得冷凍水流量不足，或者沒有考慮外界環(huán)境溫度以及機

房內氣流組織形式對空調制冷量的影響，導致空調供冷量達不到額定值。

空調制冷量計算難以精確計算，一般采用估算方法，設計者經(jīng)驗不足或設計

資料不準確等多種原因都可能導致空調制冷量設計不足。對于水冷機組空調，其

冷凍水供應管路設計較為復雜，設計不合理將導致空調制冷量達不到空調制冷量

設計值。

b）風冷空調冷媒管超長，或室內機室外機高差超標，導致空調制冷效率降

低，能耗增加。

c）選用的空調設備技術相對落后，節(jié)能技術采用較少，空調系統(tǒng)效率低。

d）空調控制溫度設定不合理，送風溫度過低，造成機房過度冷卻，浪費能

源。

早期建設的數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境溫度設計遵循的技術標準主要為國標《電子信

息系統(tǒng)機房設計技術規(guī)范》（GB/T50174-2008），按照該標準規(guī)定，A、B類機房

環(huán)境溫度要求為23±1℃，相對濕度是40%～55%。因此，已建成的數(shù)據(jù)中心機

房空調系統(tǒng)回風溫度一般都設置在23℃，甚至為了避免出現(xiàn)熱點，將回風溫度

設置在23℃以下，導致空調送風溫度遠低于設備規(guī)定要求，甚至低于服務器設

備允許的最低工作溫度（15℃）。其結果一方面機房過冷造成能源浪費，另一方

面過低的進風溫度對服務器設備的壽命帶來不利影響。

e）空調系統(tǒng)未設計“群控”，使得多臺空調運行過程中各自為政，不能協(xié)

同工作，甚至出現(xiàn)機房內有的空調在制冷，同時有的在制熱，使用極不合理的狀

況。

f）相當一部分機房未設置空調間，空調設備與IT設備處于同一房間，上下

水管路穿越機房，存在漏水安全隱患。

3.3現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)中心新風系統(tǒng)存在的主要問題分析

新風系統(tǒng)是機房空氣調節(jié)設計中的重要組成部分，新風系統(tǒng)合理利用自然冷

源是實現(xiàn)疾風節(jié)能的重要途徑。在電力數(shù)據(jù)中心中，新風系統(tǒng)設計存在的問題較

多，也極為普遍。新風系統(tǒng)設計常見問題主要包括：

a）機房沒有設置新風系統(tǒng)

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一些設計單位和用戶擔心新風引入給機房環(huán)境帶來不利影響或者擔心新風

系統(tǒng)過濾器維護問題，沒有設計使用新風。

b）風量不足，導致機房難以形成正壓環(huán)境

對新風的作用認知不清，絕大多數(shù)機房新風系統(tǒng)設計偏重于人在機房內工作

需要，新風量計算偏小或者新風系統(tǒng)采用換熱方式，新風、排風同時進行，導致

機房氣壓達不到要求。

c）新風系統(tǒng)安裝方式不合理、缺乏維護導致新風系統(tǒng)由于過濾網(wǎng)堵塞停用

或風量不足

許多工程中新風系統(tǒng)設計多采用天花暗藏式新風系統(tǒng)，即采用暗裝天花式新

風處理機，安裝于天花板內。以達到不占用機房可用空間以及隱藏管路，達到美

觀作用。造成新風潔凈處理過濾網(wǎng)不方便拆卸、更換，時間長了導致過濾網(wǎng)受堵，

新風量減小或停機。

d）新風無溫度預處理功能，引入新風導致空調負荷增加。

e）新風預處理方式不正確，增加了機房能耗。

常規(guī)新風系統(tǒng)的設計思路是如何避免引入的新風影響室內溫度，沒有考慮機

房節(jié)能。因此，當新風溫度低于機房內溫度時，新風系統(tǒng)采用加熱方式將新風溫

度調整到機房溫度，增加了機房能耗。

4空調系統(tǒng)應用技術分析

4.1空調分類

機房空調種類繁多，目前尚無統(tǒng)一的分類標準，業(yè)界習慣上有下述二種分類

方法：

（1）按照制冷系統(tǒng)冷卻方式和制冷媒介劃分

目前，數(shù)據(jù)中心機房空調系統(tǒng)主要可以分為以下幾種：

?直膨式風冷空調（簡稱風冷空調）；

?直膨式水冷型空調（通常稱之為乙二醇水冷空調）；

?冷凍水空調，包括風冷式冷凍水空調和水冷式冷凍水空調；

?間接蒸發(fā)自然冷卻空調（AHU）；

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?氟泵空調；

?熱管空調；

?上述不同冷卻方式組合空調；

?液冷空調。

（2）按照空調末端冷卻的對象劃分

機房專用空調分為機房級空調（簡稱機房空調）、行間級空調（列間空調）、

機柜級空調（背板空調）、設備芯片級空調（液冷空調）。

4.2制冷方式選擇主要影響因素

影響數(shù)據(jù)中心機房空調制冷方式選擇的主要因素有：數(shù)據(jù)中心建設模式、數(shù)

據(jù)中心規(guī)模（冷量需求大?。?、數(shù)據(jù)中心建筑條件、數(shù)據(jù)中心所處地域氣候條件、

空調系統(tǒng)能效以及系統(tǒng)可維護性。

4.3空調制冷方式適應性分析

4.3.1風冷空調

（1）系統(tǒng)構成

如圖4.3-1所示，風冷空調由室內機和室外機構成，其工作原理是室內機

中的蒸發(fā)器受熱，使得冷媒吸收熱量氣化，壓縮機將其壓縮為液體輸送至室外冷

凝器，冷凝器風扇將其熱量帶走散發(fā)至空氣中，使得冷媒重新冷卻成為液體、回

流至室內機蒸發(fā)器形成循環(huán)。

圖4.3-1風冷空調系統(tǒng)構成

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（2）風冷空調的主要特點

?結構簡單，基本免維護（除了更換消耗品）；

?各空調機組獨立工作，單臺系統(tǒng)故障對其它系統(tǒng)無影響；

?單機制冷量相對較?。ㄒ话闱闆r下不大于100kW），室外機安裝占地面

積大；

?室外機與室內機之間距離以及高低落差受限。為減少室外機占地面積，

維締公司開發(fā)了V字型集中式風冷空調室外機，如圖3.3-2所示，但是

仍無法從根本上解決占地面積大的問題。

（3）風冷空調對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

一臺風冷空調室內機和室外機構成了空調系統(tǒng)的最小單元模塊。

由于單機容量小、室內外機安裝距離和高差受限，使得風冷空調主要適用于

規(guī)模較小的機房以及采用AHU制冷方式的模塊化數(shù)據(jù)中心中無法安裝AHU設

備的房間，例如UPS室、電池室。

圖4.3-2維締公司集中式風冷室外機模組安裝示意圖

4.3.2乙二醇水冷空調

如圖4.3-3所示，乙二醇水冷空調由室外機、循環(huán)水泵，室內機和室內外機

之間連接水管構成。空調室外機可采用冷卻塔或干冷器，通常為干冷器；室內機

增加板式換熱器，其它與風冷型空調室內機配置相同。

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圖4.3-3乙二醇水冷空調系統(tǒng)構成

（2）乙二醇水冷空調的主要特點

乙二醇水冷空調機組通過內置的板式換熱器將壓縮機直接膨脹循環(huán)吸收的

熱量傳遞給冷卻水或乙二醇混合溶液（防止冬季結冰）中，循環(huán)水泵工作，通過

水的流動將熱量帶走、轉移到冷卻塔或干冷器，再通過冷卻塔或干冷器轉移到空

氣當中去。冷卻水也可以由水井等其它水源供應。

（3）乙二醇水冷空調對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

乙二醇水冷空調與風冷空調一樣采用一臺室外機和一臺室內機組成的一個

獨立單元形式，具備結構簡單、可靠性高的優(yōu)點。與風冷空調相比，由于采用水

泵實現(xiàn)水溶液的循環(huán)，使得室外機和室內機距離不受限制，也無室外機與室外機

落差限制；另一方面，與風冷空調類似，乙二醇水冷空調室外機需要較大的場地。

此外，室內機與室外機之間冷媒管道占用空間大，進一步限制了乙二醇水冷空調

的大規(guī)模應用。因此，乙二醇水冷空調主要應用于室內外機距離較遠（＞100m）

或室外機與室外機落差較大場景下的規(guī)模較小的機房。

4.3.3風冷式冷凍水空調系統(tǒng)

（1）風冷式冷凍水空調的構成及工作原理

如圖3.3-4所示，風冷式冷水空調制冷壓縮機可選用渦旋式壓縮機、螺桿式

壓縮機和無油磁懸浮離心式壓縮機三種，其中渦旋式壓縮機容量相對較小。

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圖4.3-4風冷式冷凍水空調系統(tǒng)工作原理

（2）風冷式冷凍水空調系統(tǒng)主要特點

風冷式冷凍水空調采用風冷冷凝器、制冷劑空氣冷卻降溫方式，并且采用與

制冷壓縮機、蒸發(fā)器一體化集成安裝方式，從而省掉了冷卻水系統(tǒng)。

（3）風冷式冷凍水空調系統(tǒng)對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

風冷式冷凍水空調制冷系統(tǒng)高度集成，單機容量遠大于風冷空調并可多機

并聯(lián)組成一套系統(tǒng)為多個機房集中統(tǒng)一供冷，且空調室外機占地面積小。此外，

還可根據(jù)數(shù)據(jù)中心模塊化建設需求，組成模塊化空調系統(tǒng)，如圖3.3-5所示。因

此，風冷式冷凍水空調具有較好的靈活性，可適用于各種規(guī)模、不同建設模式的

數(shù)據(jù)中心。

圖4.3-5集裝箱一體化風冷式冷凍水空調系統(tǒng)

4.3.4水冷式冷凍水空調

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（1）水冷式冷凍水空調系統(tǒng)構成和工作原理

如圖4.3-6所示，水冷式冷凍水空調系統(tǒng)主要由冷卻塔、制冷主機、冷凍水

輸送系統(tǒng)和冷卻水輸送系統(tǒng)構成。

圖4.3-6水冷式冷凍水空調系統(tǒng)工作原理

水冷式冷凍水空調制冷主機主要有螺桿式壓縮機、常規(guī)離心式壓縮機和無油

磁懸浮離心式壓縮機三種。在滿負荷情況下，離心機壓縮機效率要高于螺桿式壓

縮機，但常規(guī)離心機壓縮機在低負荷時宜發(fā)生“喘振”現(xiàn)像，而磁懸浮離心式壓縮

機則價格相對比較昂貴。

水冷式冷凍水空調使用的冷卻塔有閉式冷卻塔和開式冷卻塔二種。閉式冷卻

塔冷卻系統(tǒng)分為內循環(huán)和外循環(huán)，冷卻水在密封的內循環(huán)管道內流動不與外界接

觸，通過塔內換熱盤管管壁與外部的空氣和外循環(huán)噴淋水換熱降溫。開式冷卻塔

將冷卻水以噴霧器方式噴灑在填料上，通過水與空氣的接觸換熱、再由風機將濕

熱空氣帶出冷卻塔實現(xiàn)水的冷卻。

閉式冷卻塔優(yōu)點是冷卻水全封閉，節(jié)水且水質不受污染，管路不會結垢；占

地面積小。缺點主要是造價高。開式冷卻塔的優(yōu)點是結構簡單，造價低。缺點是

耗水量大，需設置蓄水池；維護量大（需定期更換填料、清洗管道、加藥）；噪

音大；因此，開式冷卻塔一般只適用于氣候炎熱、水源充足的地方。

（2）水冷式冷凍水空調系統(tǒng)特點

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水冷式冷凍水空調系統(tǒng)制冷主機單機容量大、壓縮機COP高，且可多機并

聯(lián)組成一套系統(tǒng)為多個機房集中統(tǒng)一供冷，從而形成節(jié)能規(guī)模效益。因此，水冷

式冷凍水空調是傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)中心的首選。

水冷式冷凍水空調水資源消耗量比較大，需要設置容量較大的儲水設施，防

止市政供水中斷。

與風冷式冷凍水空調相比，水冷式冷凍水空調優(yōu)點是制冷主機單機最大容量

遠高于風冷式冷凍水機組，壓縮機COP要比風冷式冷凍水空調壓縮機高20%左

右。其缺點是系統(tǒng)構成復雜、環(huán)節(jié)多，因此系統(tǒng)控制和維護難度大，需要專業(yè)人

員進行系統(tǒng)維護工作，并按照工程實際情況設置、調整系統(tǒng)運行控制參數(shù)。此外，

水冷式冷凍水空調水資源消耗量比較大，需要設置容量較大的儲水設施，防止市

政供水中斷。

水冷式冷凍水空調和風冷式冷凍水空調的特點比較，如表4.3-1所示。

表4.3-1水冷式冷凍水空調和風冷式冷凍水空調比較

系統(tǒng)設備配置及性能風冷式冷凍水空調水冷式冷凍水空調

主機單機最大容量小單機最大容量大

冷卻設備干冷器開式/閉式冷卻塔

冷卻儲水設備不需要蓄水池或蓄水罐

系統(tǒng)

冷卻水輸送不需要水泵和管道

組成

水處理設備容量小容量大

冷凍水輸送水泵和管道水泵和管道

蓄冷罐選配必配

夏季機械制冷機械制冷

運行

過渡季機械制冷+自然冷卻機械制冷

模式

冬季自然冷卻自然冷卻

操作控制難易程度簡單、標準產(chǎn)品輔助設備多，難

安裝場地需求占地面積小占地面積大

運維難易程度免維護維護量大

運行夏季相對較低效率高

效率過渡季效率高效率高

冬季效率高相對較低

系統(tǒng)設備造價高開式塔相對較低

安裝費用低高

（3）水冷式冷凍水空調系統(tǒng)對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

與其它制冷方式相比，水冷式冷凍水空調系統(tǒng)最大的優(yōu)點是單機容量大，多

個機房或整個數(shù)據(jù)中心可以共用一套冷凍水空調系統(tǒng)，以降低系統(tǒng)投資。

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由于水冷式冷凍水空調系統(tǒng)構成復雜、環(huán)節(jié)多，難以形成模塊化產(chǎn)品，因此

難以應用在預制模塊化數(shù)據(jù)中心。根據(jù)調查，僅有個別廠商推出有容量較小的模

塊化產(chǎn)品，缺乏大容量產(chǎn)品。截至目前為止，已有預制模塊化數(shù)據(jù)中心項目尚無

應用水冷式冷凍水空調系統(tǒng)的工程案例。

4.3.5間接蒸發(fā)自然冷卻空調（AHU）

（1）AHU構成和工作原理

AHU是一種采用二種間接自然冷卻技術與傳統(tǒng)制冷技術相結合，室內機與

室外機一體化集成的空調設備。典型的AHU設備構成如圖4.3-7所示。

AHU主要有干模式、濕模式、混合模式三種基本冷卻模式，如圖4.3-8所

示。

?干模式：將自然界冷空氣與機房回風熱空氣通過換熱器進行非接觸熱交

換，冷卻后的回風再次回到機房內冷卻機房設備，實現(xiàn)新風間接自然冷

卻；

?濕模式：在上述新風間接自然冷卻基礎上，增加水噴淋將水噴淋到換熱

器內回風盤管上吸熱蒸發(fā)使得回風冷卻，并再次回到機房內冷卻機房設

備，從而實現(xiàn)蒸發(fā)間接自然冷卻；

?混合模式：在采用間接自然冷卻的同時，采用機械制冷或由其它冷源（例

如冷凍水）補充間接自然冷卻制冷量的不足部分。

17

圖4.3-7典型AHU設備構成

圖4.3-8AHU典型運行模式

（2）AHU系統(tǒng)特點

AHU的主要優(yōu)點：設備采用室內機和室外機一體模塊化結構，在絕大多

數(shù)地區(qū)都能夠充分利用自然冷卻，從而取得較好的節(jié)能效果。

18

AHU設備的主要缺點：①體積較大，僅適合主機房安裝，難以應用于UPS

電源室、電池室等空間較小的設備室；②只能采用機房冷卻方式，難以應對高功

率密度機房。③在極度缺水地區(qū)和高溫高濕地區(qū)使用受限。

（3）AHU空調系統(tǒng)對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

AHU空調適用于規(guī)模較大、采用單層或多層廠房建筑形式的數(shù)據(jù)中心，特

別是預制模塊化數(shù)據(jù)中心。由于采用機房冷卻方式，因此采用AHU空調制冷的

機房IT機柜功率密度不宜大于10kW，且應封閉熱通道。

4.3.6氟泵空調

（1）氟泵空調的構成及工作原理

氟泵空調是針對風冷空調、間接利用自然環(huán)境冷空氣實現(xiàn)冷卻、節(jié)能的一種

技術。

如圖4.3-9所示，氟泵空調在常規(guī)風冷空調配置的部件外，增加了儲液器、

氟泵、閥件。氟泵空調設備有室內機和室外機分體式和戶外安裝模塊化一體機二

種型式。其中分體式氟泵空調與風冷空調基本相同，模塊化一體機則類似于間接

蒸發(fā)冷卻空調（AHU），如圖4.3-10所示。

氟泵空調工作原理如下：

當外界溫度較低、達到系統(tǒng)控制的設定點時，氟泵空調壓縮機停止工作，氟

泵起動。蒸發(fā)器中與室內空氣換熱后的制冷劑氣體直接進入風冷冷凝器與室外冷

源進行換熱，冷卻成液態(tài)后的制冷劑在氟泵的作用下克服管阻回到蒸發(fā)器繼續(xù)換

熱，從而形成良性制冷循環(huán)?？刹贿\行，而是利用氟泵，利用自然冷風冷卻。

（2）氟泵空調的主要特點

氟泵空調保留了風冷空調可靠性高、維護簡單的優(yōu)點，同時解決了風冷空調

室外機和室內機距離和高差限制的問題，并能夠充分利用自然冷卻，降低能耗。

19

圖4.3-9氟泵空調工作原理

圖4.3-10維締公司氟泵空調一體機外形圖

（3）氟泵空調對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

分體式氟泵空調一般作為風冷空調和乙二醇空調的替代品，主要應用于規(guī)模較小

的機房。而模塊化一體機應用場景與間接蒸發(fā)冷卻空調（AHU）相同，適用于規(guī)

模較大、采用單層或多層廠房建筑形式的數(shù)據(jù)中心，特別是預制模塊化數(shù)據(jù)中心。

4.3.7熱管空調

熱管空調是應用熱管原理空調的統(tǒng)稱。熱管系統(tǒng)由室內的熱管蒸發(fā)器、室外

的熱管冷凝器以及上升管路和下降管路構成，其工作原理是熱管蒸發(fā)器吸收室內

熱量使得熱管內的冷媒受熱蒸發(fā)氣化，在壓差作用下通過上升管路進入室外的冷

凝器，冷凝器風扇將熱量釋放到空氣中，使得熱管內的蒸汽放出熱量凝結成液體，

在重力作用下回流至室內蒸發(fā)器實現(xiàn)循環(huán)。

20

熱管空調的室外機（冷凝器）安裝高度需要高于室內機，室內機有機房空調、

列間空調、背板空調和吊頂空調四種形式可以選擇。

（2）熱管空調的主要特點

熱管空調的優(yōu)點：在氣候條件適宜的地區(qū)（室內外溫差比較大）可以取得較

好的節(jié)能效果。

熱管空調的主要缺點：①受熱管原理限制，冷量輸出受氣候條件影響較大。

單獨使用無法確保任何情況下冷量需求，因此熱管空調難以單獨應用，通常需要

與其它制冷方式結合使用，如圖4.3-11所示。②造價高。

圖4.3-11熱管空調典型應用場景

（3）熱管空調系統(tǒng)對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

熱管空調只能作為節(jié)能的措施，與其它制冷方式結合應用在氣候條件適宜的

部分地區(qū)、規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心使用。由于室外機（冷凝器）容量遠小于冷水空

調，需要占用大量的室內空間，且安裝位置受限，因此很難應用在高可靠預制模

塊化數(shù)據(jù)中心。

4.3.8液冷空調

（1）液冷空調系統(tǒng)的構成及工作原理

液冷是一種以液體（水、礦物油、氟化液）為冷媒，利用液體流動將IT設

備的內部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到設備外，是IT設備的發(fā)熱器件冷卻，以保證

IT設備在安全的溫度范圍內運行的冷卻方式。因此，液冷空調也被稱之為設備芯

21

片級空調。按照液體和發(fā)熱器件接觸的方式，液冷空調可分為冷板式、浸沒式、

噴淋式三種形式。

冷板式液冷空調：將內部有冷卻液體通過的冷板直接貼合IT設備的發(fā)熱部

件間接冷卻發(fā)熱部件，其工作原理如圖4.3-12所示。采用冷板式冷卻方式的超

級計算機，除主板CPU和GPU外的其它部件仍需要采用風冷冷卻，約為總冷

量需求的20%~30%。

浸沒式液冷空調：將IT設備發(fā)熱器件浸沒在絕緣冷卻液體中，通過直接接

觸換熱，將設備熱量帶走進入外循環(huán)冷卻，其工作原理如圖4.3-13~圖4.3-15所

示。

噴淋式液冷空調：絕緣冷卻液體通過IT設備內的布液裝置將冷媒噴射至發(fā)

熱器件上，通過直接接觸換熱，將設備熱量帶走進入外循環(huán)冷卻。其工作原理如

圖3.3-16所示。

圖4.3-12冷板式液冷系統(tǒng)構成及工作原理圖

圖4.3-13全浸沒相變液冷系統(tǒng)構成及工作原理圖

22

圖4.3-14全浸沒、單相液冷系統(tǒng)構成及工作原理圖一

圖4.3-15全浸沒、單相液冷系統(tǒng)構成及工作原理圖二

圖4.3-16噴淋式液冷系統(tǒng)構成及工作原理圖

（2）液冷空調系統(tǒng)的主要特點

與其它空調系統(tǒng)不同，液冷空調系統(tǒng)具有高效冷卻的特點，其節(jié)能性受數(shù)據(jù)

中心所在地氣候條件影響較小，在任何一個氣象區(qū)采用液冷空調都可獲得非常優(yōu)

異的PUE。已有研究及工程實踐表明，液冷空調系統(tǒng)可以使數(shù)據(jù)中心PUE值達

到1.2以下。

（3）液冷空調系統(tǒng)對于電力數(shù)據(jù)中心建設模式的適應性

液冷空調適用于超高功率密度數(shù)據(jù)中心，針對特定的服務器設備，如超級計

算機，而無法用于常規(guī)機架式、塔式服務器和刀片式服務器。

23

采用液冷空調系統(tǒng)能夠大幅度降低數(shù)據(jù)中心PUE值，且液冷空調系統(tǒng)室外

機部分占地面積小，建筑條件對其基本上無影響。另一方面，由于電力數(shù)據(jù)中心

業(yè)務系統(tǒng)所用計算機設備絕大多數(shù)為機架式、塔式服務器或常規(guī)刀片式服務器，

單機柜功率密度一般在10kW以下，而且液冷數(shù)據(jù)中心成本價格高昂。因此，在

未來一定時期內，液冷空調難以在電力數(shù)據(jù)中心中獲得普遍應用。

5新風系統(tǒng)應用技術分析

5.1新風系統(tǒng)的作用

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心新風主要有如下二方面作用：

（1）維持機房內的正壓，以保持機房內空氣的潔凈，避免灰塵對磁介質類

設備以及計算機設備的運行產(chǎn)生不利影響；

（2）稀釋室內不斷產(chǎn)生的空氣污染物（設備、人員、建筑材料），防止空氣

品質變壞，影響在機房內工作人員的身體健康。

隨著數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的壓力日益增強，對于電力數(shù)據(jù)中心而言，新風系統(tǒng)

作為空氣調節(jié)系統(tǒng)的組成部分，更為實際、重要的作用是通過引入自然界冷風為

機房冷卻和除濕，實現(xiàn)節(jié)能。資料顯示，全球著名的節(jié)能大型數(shù)據(jù)中心：雅虎紐

約洛克波特數(shù)據(jù)中心（PUE=1.08），F(xiàn)acebook數(shù)據(jù)中心（PUE=1.15），谷歌比

利時數(shù)據(jù)中心（PUE=1.16），惠普英國溫耶德數(shù)據(jù)中心（PUE=1.16）和微軟愛

爾蘭都柏林數(shù)據(jù)中心（PUE=1.25），主要的節(jié)能措施都是利用自然空氣作為冷源

為數(shù)據(jù)中心供冷。

目前，空氣調節(jié)系統(tǒng)節(jié)能技術應用主要集中在自然冷源的間接應用技術方面。

然而，受建筑條件的制約，電力數(shù)據(jù)中心對于空調制冷方式的選擇余地受到相當

大的限制，許多采用了間接自然冷卻技術的高效空調設備難以在電力數(shù)據(jù)中心應

用，凸顯了新風系統(tǒng)在電力數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的重要做作用。

此外，新風系統(tǒng)還作為火災后通風設備，用于火災后為機房補風，加速排煙。

5.2新風系統(tǒng)配置方案

5.2.1新風系統(tǒng)構成

24

新風系統(tǒng)基本組成部件包括：新風引入風機、過濾器、控制器、靜壓箱、風

管、防火閥、消聲器。此外，根據(jù)實際需要可以為新風系統(tǒng)選配排風機/排風閥、

換熱器/溫濕度預處理設備（加熱器、蒸發(fā)器）、加濕器。

數(shù)據(jù)中心新風系統(tǒng)的典型設備配置如圖5.2-1所示。

圖5.2-1新風系統(tǒng)自帶冷卻系統(tǒng)結構示意圖

5.2.2新風量

新風量的計算應考慮節(jié)能需要，根據(jù)建筑限制條件以及經(jīng)濟合理性（新風系

統(tǒng)投入產(chǎn)出比）計算新風系統(tǒng)最大新風量。

5.2.3潔凈處理

通常，外界自然環(huán)境空氣質量難以滿足機房內環(huán)境要求，新風系統(tǒng)需要配置

粗效、中效和亞高效空氣過濾器對引入的新風進行潔凈處理。

5.2.4溫濕度處理

根據(jù)已有的研究結果，新風系統(tǒng)應對引入新風的溫濕度加以處理，其設計原

則如下：

（1）溫度處理

新風引入會導致空調回風溫度發(fā)生變化，新風引入不當會導致機房出現(xiàn)局部

結露現(xiàn)象或使得空調傳感器誤判，導致空調工作異常。

當外界溫度高于室內控制溫度時，新風系統(tǒng)應對新風進行冷卻后再引入機房，

避免增加空調系統(tǒng)負擔，擾亂空調系統(tǒng)運行。

（2）濕度處理

新風系統(tǒng)設計應根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在地氣候環(huán)境特點為新風系統(tǒng)選配冷卻設

備，用于為引入的新風除濕。

25

6主要結論和需要重點關注的技術

6.1主要結論

a）電力數(shù)據(jù)中心機房建設特點

與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心不同，電力數(shù)據(jù)中心機房通常設置在辦公樓內，僅有少數(shù)

涉外服務的大數(shù)據(jù)中心采用專用的機房建筑。而且機房一般按照專業(yè)業(yè)務系統(tǒng)需

求設置。

b）電力數(shù)據(jù)中心機房空氣調節(jié)系統(tǒng)應用狀況

（1）空調系統(tǒng)制冷方式

已經(jīng)投運的電力數(shù)據(jù)中心機房空調系統(tǒng)制冷方式主要以風冷空調和冷凍水

空調系統(tǒng)為主，鮮有其它制冷方式得到應用。當電力數(shù)據(jù)中心機房設置在多層建

筑或高層建筑裙樓時，一般采用風冷空調；當電力數(shù)據(jù)中心機房設置在無裙樓的

高層建筑時，大多采用冷凍水空調系統(tǒng)。

（2）末端空調形式

以房間級空調為主，個別機房同時設置有機房級空調和列間空調。

（3）送風方式

大部分規(guī)模較大的機房空調采用“下送風、上回風”方式；少部分機房，以

規(guī)模較小的機房為主，空調采用“直吹”方式；個別設置有列間空調的機房同時

存在“下送風、上回風”和“前出、后回”二種方式。

（4）新風系統(tǒng)

只有規(guī)模較大的電力數(shù)據(jù)中心機房通常設置有新風系統(tǒng)，而規(guī)模較小的機房

無新風系統(tǒng)。

絕大部分機房新風系統(tǒng)無溫濕度預處理功能。

（5）加濕、除濕

絕大部分機房有空調負責機房加濕、除濕；個別機房設置有獨立的加濕器。

（6）控制方式

電力數(shù)據(jù)中心機房基本上采用各自獨立控制方式，僅有個別機房采用集中控

制方式。

c）電力數(shù)據(jù)中心機房空氣調節(jié)系統(tǒng)存在的主要問題

26

?相當一部分機房的氣流組織不合理；

?空調系統(tǒng)節(jié)能技術應用較少，大部分數(shù)據(jù)中心機房空調系統(tǒng)運行效

率低；

?部分機房空調系統(tǒng)初始設計冷量與實際需求不匹配，導致機房投運

后增補機房空調或商用空調；

?空調控制溫度設置不合理，導致送風溫度偏低；

?冷凍水管路穿越機房設備區(qū)，存在安全隱患；

?新風系統(tǒng)的新風量小，不足以支撐機房正壓；

?新風系統(tǒng)引入新風處理方式不合理，增加了機房能耗；

?新風系統(tǒng)安裝方式不合理、缺乏維護導致新風系統(tǒng)由于過濾網(wǎng)堵塞

停用或風量不足。

d）空調制冷方式選擇

（1）空調制冷方式選擇主要影響因素

影響數(shù)據(jù)中心機房空調制冷方式選擇的主要因素有：數(shù)據(jù)中心建設模式、數(shù)

據(jù)中心規(guī)模（冷量需求大?。?shù)據(jù)中心建筑條件、數(shù)據(jù)中心所處地域氣候條件、

空調系統(tǒng)能效以及系統(tǒng)可維護性。

?空調制冷方式的選擇應綜合考慮可靠性、可維護性要求，建筑條件，所

處地域氣候環(huán)境條件等各種影響因素以及空調系統(tǒng)的全年能效比

（AEER）；

?AEER值的大小除與空調機組的形式有關外，還與空調機組的運行工況

有關；

?氣候條件對空調機組的效率有較大影響，同一制冷方式空調應用與不同

地區(qū)，其AEER值不同；

?提高空調控制溫度，可以大大提高空調設備的能效比；

?對于干旱缺水地區(qū)，進行經(jīng)濟比較時還要考慮水量消耗成本問題。

（2）不同空調制冷方式適應性

?常規(guī)風冷空調：主要適用于建筑設置有空調室外機安裝平臺，規(guī)模

較?。ㄎ⑿?、小型）的機房以及UPS、電池室；

27

?乙二醇水冷空調：主要適用于建筑設置有空調室外機安裝平臺，但

室內外機距離較遠，規(guī)模較小的機房以及UPS、電池室；

?風冷型冷凍水空調：主要適用于其建筑不具備風冷空調和乙二醇空

調室外機安裝條件、且規(guī)模較大（大、中型）的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和中

型及以上不同規(guī)模的預制模塊化數(shù)據(jù)中心；

?水冷型冷凍水空調：主要適用于其建筑不具備風冷空調和乙二醇空

調室外機安裝條件、且規(guī)模較大（中型、大型和超大型）的傳統(tǒng)數(shù)

據(jù)中心；

?間接蒸發(fā)自然冷卻空調（AHU）：主要適用于單層或多層專用機房

建筑、且規(guī)模較大（中型、大型）的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以及各種規(guī)模的

預制模塊化數(shù)據(jù)中心；

?氟泵空調：分體式氟泵空調主要用于替代傳統(tǒng)風冷空調和乙二醇空

調，實現(xiàn)節(jié)能；一體化氟泵空調主要用于主要適用于單層及二層專

用機房建筑、且規(guī)模較大（中型、大型）的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以及各種

規(guī)模的預制模塊化數(shù)據(jù)中心；

?熱管空調：主要作為一種節(jié)能手段，與其它傳統(tǒng)空調系統(tǒng)配合使用；

?液冷空調：主要用于超高功率密度、使用液冷計算機的數(shù)據(jù)中心機

房。

6.2電力數(shù)據(jù)中心空氣調節(jié)系統(tǒng)設計需要重點關注的技術

數(shù)據(jù)中心是高耗能的基礎設施，節(jié)能、減排是未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重中之重，

未來電力數(shù)據(jù)中心空氣調節(jié)系統(tǒng)設計需要關注的技術也應是圍繞著節(jié)能這一主

題。對于電力數(shù)據(jù)中心而言，建議重點關注以下與節(jié)能相關的技術：

a）氣流組織優(yōu)化技術

機房內氣流組織優(yōu)化設計是目前公認的行之有效、代價極低的機房節(jié)能措施。

機房內氣流組織是否合理，不僅直接影響空調冷卻效果，而且也影響空調系統(tǒng)的

能耗量。

（1）機房氣流組織優(yōu)化設計的目的

機房氣流組織優(yōu)化設計的目的是合理地組織機房內空氣的流動，使機房內空

氣的溫度、濕度、風速、風量能更好地滿足設備運行要求，并降低空調能耗。

28

通過優(yōu)化機房內氣流組織，可以提高送風溫度，延長節(jié)能冷卻模式運行時長，

使得空調制冷效率得以提高，從而實現(xiàn)節(jié)能。

通過優(yōu)化機房內氣流組織，有助于消除機房內局部過熱現(xiàn)象。

（2）氣流組織優(yōu)化設計的基本原則

根據(jù)機房建筑結構特點，采用適當措施，將冷熱空氣有效隔離，讓冷空氣直

接、順利送入設備內部，避免不必要的冷熱交換。

機柜冷熱通道隔離能夠有效減少冷熱空氣混合，也是實現(xiàn)氣流組織進一步優(yōu)

化的基礎。機房內冷熱通道隔離主要通過機柜布置朝向和機架設備安裝方式設計

實現(xiàn)。

?機柜應采用面對面、背對背布置形式，形成相互間隔的冷熱通道；

?機柜內未安裝設備處應加裝盲板；

?機柜底部應安裝封閉底板和電纜出入口密封；

?對于下送風方式，機柜內設備布置形式應由下至上安裝，功率大的設備

盡量將其置于機架的中下部。

（3）空調精確送回風及混風遏制

通過適當?shù)拇胧┗蚺渲眠m當?shù)脑O備對送回風加以約束或封閉隔離，可以減少

或基本消除冷風和熱風混合，從而可以調整送風溫度，防止熱點出現(xiàn)。主要方法

有：

?采用列間空調，縮短送風距離；

?同時封閉冷通道和熱通道或者只封閉其中一個（冷通道或熱通道）；

（4）空調布局

CFD仿真結果表明：有關空調應布置在熱通道的末端（正對熱通道布置）的

觀點和規(guī)定要求存在誤區(qū)，建議在具體工程中通過CFD仿真優(yōu)化空調布局。

（5）線槽布局優(yōu)化

對于空調下送風方式，地板下線槽在空調送風口前面橫向布置會阻擋空調送

風，對通風地板出風均勻度產(chǎn)生不利影響，且地板高度越低，影響越大。因此，

設計應盡可能避免在空調送風口前橫向設置布線槽。

（6）高功率密度機柜制冷策略

29

IT設備機柜的功率密度（物理設備配置）會對空調系統(tǒng)的能耗產(chǎn)生極大影

響。不當?shù)呐渲貌坏珪仁箍照{系統(tǒng)超過IT設備的實際需要增加空氣流動，還

會導致空調系統(tǒng)產(chǎn)生溫度低于IT設備實際需要的空氣并由此產(chǎn)生無謂的能源浪

費。

工程實踐和研究表明，同時采用多種形式的冷卻設備（如機房空調、列間空

調、強制出風地板），配置不當可能會導致不同冷卻設備之間發(fā)生“沖突”，會形

成極大降低系統(tǒng)效率但又難以診斷的典型情況。“沖突”的結果將導致機房溫度

分布不均，出現(xiàn)部分設備過熱、部分設備過冷現(xiàn)象。CFD仿真結果表明，此種情

況下，增加空調冷量配置、改變機房空調設備布局、采取冷通道封閉措施也不能

改變其結果。因此，對于高功率密度機柜，應特別注意其安裝位置，防止不同冷

卻設備之間產(chǎn)生“沖突”。

當一個機房內采用多種冷卻方式時，建議采用CFD軟件進行仿真來鑒別空

調系統(tǒng)的潛在問題。優(yōu)化高功率密度機柜安裝位置可以有效防止負載不均導致設

備過熱或過冷情況。其它解決方案還有：高功率密度機柜較少時，盡量將其分散

布置；將單獨設置高功率密度機柜安裝區(qū)域，將其與其他區(qū)域通過隔斷墻加以隔

離，完全由列間空調制冷。

b）新風直接自然冷卻技術

通過新風系統(tǒng)引入自然冷源為數(shù)據(jù)中心機房供冷是一項重要的數(shù)據(jù)中心節(jié)

能技術手段。研究結果和工程實踐表明，除夏熱冬暖潮濕地區(qū)引入新風節(jié)能效率

較低外，其它地區(qū)引入新風均可取得較大的節(jié)能效果，其中寒冷干燥地區(qū)引入新

風節(jié)能效果最為顯著。

如前面所述，建筑條件的制約，電力數(shù)據(jù)中心對于空調制冷方式的選擇余地

受到相當大的限制，凸顯了新風系統(tǒng)在電力數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的重要做作用。

新風系統(tǒng)節(jié)能的主要策略一是在建筑條件及自然條件滿足的情況下，最大程

度的引入焓值低于機房內送風溫度的戶外新風；二是新風系統(tǒng)應配置空氣冷卻系

統(tǒng)以確保引入新風的溫度不高于空調送風溫度，并除掉新風中多余的濕氣，使其

滿足機房濕度要求。

通過合理引入新風的方式可以有效降低空調負載，同時也對機房空調、新風

控制系統(tǒng)的智能程度提出更高的要求。

30

c）溫度、濕度解耦調節(jié)和空氣調節(jié)系統(tǒng)協(xié)調控制技術

研究及工程實踐結果證明，采用空調對機房溫度和濕度進行統(tǒng)一調節(jié)是導致

機房空調能耗居高不下的重要因素，而采用不同設備實現(xiàn)溫度、濕度解耦調節(jié)是

除了氣流組織優(yōu)化技術之外另一項實現(xiàn)機房節(jié)能的重要措施。另一方面，由于空

調設備、新風設備、加濕器、排風設備、服務器對環(huán)境的溫濕度均有影響，因此

需要建立一套總控系統(tǒng)用于管理、協(xié)調這些設備的相互關系?？偪叵到y(tǒng)需要測量

室內空氣的溫度和濕度，室外空氣的焓值、濕度、室內外壓差等。并根據(jù)室外空

氣的焓值、濕度、室內冷通道的溫度運行點等計算出目前系統(tǒng)最佳的運行狀態(tài)。

d）CFD仿真技術

建議在機房設計中推廣應用CFD仿真軟件作為設計、評估工具，并作為設

計內容深度要求，在設計中提供相應的CFD仿真計算結果。

CFD仿真軟件是機房節(jié)能設計重要的輔助工具，其作用主要分為以下四個

方面：

?機房規(guī)劃布局：確定機房布置、地板高度設置、線槽布置、回風方式；

?驗證空調系統(tǒng)設計合理性：包含空調布局、容量、最高出風溫度；

?優(yōu)化氣流組織：分析空調回風方式、封閉冷熱通道、通風地板開孔率選

擇、強制出風地板應用、新風及排風口位置、空調輪詢等對氣流組織影

響；

?規(guī)避熱點：當空調系統(tǒng)采用地板下送風方式時，建議采用CFD仿真軟件

進行仔細的評估，以確定機房可能的熱點位置、產(chǎn)生原因、熱點移動規(guī)

律、機柜允許的最高負載，從而防止出現(xiàn)熱點。

e）液冷技術

液冷技術能夠大幅度降低PUE值。液冷空調系統(tǒng)回路簡單、可靠性高，且建

筑形式對其應用基本無影響。如果液冷計算機能夠普及應用，液冷空調系統(tǒng)將是

數(shù)據(jù)中心節(jié)能的最佳技術。因此，電力數(shù)據(jù)中心設計和建設應密切跟蹤液冷技術。

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附件1：數(shù)據(jù)中心空氣調節(jié)系統(tǒng)應用調研情況概述

1、國家電網(wǎng)公司東北分部數(shù)據(jù)中心

（1）建設地點及建筑形式

建設地點：沈陽市，國家電網(wǎng)公司東北分部調度通信樓。

建筑形式：高層民用建筑。

（2）建設規(guī)模

?自動化機房：面積：470m2，機柜功率密度≤2.5KW；

?信息（網(wǎng)絡）機房1：面積：360m2，機柜功率密度≤2.5KW；

?信息（服務器）機房2：面積：301m2，機柜功率密度≤2.5KW。

（3）空調系統(tǒng)

制冷方式：為冷凍水空調，冷卻方式機房級空調，布置在IT機房內。送風

方式主要采用地板下送風，IT機柜底部為地板出風口。信息機房出水冷空調外，

還另外設置有風冷空調。其中：

?信息（網(wǎng)絡）機房1：2X140kW水冷空調+2X70kW風冷空調

?信息（服務器）機房2：2X83.5kW水冷空調+4X80kW風冷空調（其中1臺

為下送風，3臺直吹）

（4）氣流組織方式

IT機柜采用正面朝向一致的布置方式，機柜空余位置未設盲板，IT機柜底

部亦無底板。

（5）新風系統(tǒng)

三個機房均配置有新風系統(tǒng)，采用吊頂安裝方式。新風系統(tǒng)配置有粗效和中效

過濾器，并具備新風加熱功能。

2、國家電網(wǎng)公司吉林省電力公司數(shù)據(jù)中心

（1）建設地點及建筑形式

建設地點：長春市，國家電網(wǎng)公司吉林省電力公司調度通信樓。

建筑形式：民用建筑（需要再查圖紙）。

（2）建設規(guī)模

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?自動化機房：分為自動化機房一、自動化機房二兩個區(qū)域，總面積：730m2，

180面機柜，機柜功率密度≤2.5KW；

?信息機房：分為信息機房一、信息機房二兩個區(qū)域，總面積：670m2，190

面機柜，機柜功率密度≤3KW；

?傳輸設備機房：面積：350m2，160面機柜，機柜功率密度≤2KW。

?程控交換機房：面積：144m2，50面機柜，機柜功率密度≤2KW。

?應急指揮中心機房：面積：68.6m2，16面IT機柜，機柜功率密度≤2.5KW。

（3）空調系統(tǒng)

?自動化機房：制冷方式為水冷（乙二醇）制冷劑+水冷（乙二醇）自然

冷卻雙系統(tǒng)機組，水冷制冷劑機組夏季白天通過壓縮機工作+板式換熱器

（實現(xiàn)制冷劑與水的熱交換），對室內環(huán)境進行冷卻；春秋季和夏季夜間

采用乙二醇自然冷卻的方式直接通過冷水對室內環(huán)境進行冷卻。設計按

照空調集中布置N+2冗余配置考慮，自動化機房一配置5臺（3用2備，

熱備）單臺制冷量不小于100KW的水冷（乙二醇溶液）自然冷卻精密空

調，自動化機房二配置5臺（3用2備，熱備）單臺制冷量不小于100KW

的水冷（乙二醇溶液）自然冷卻精密空調。

?信息機房：采用風冷機房精密空調。設計按照空調集中布置、N+2冗余配

置考慮，信息機房（一）配置5臺（3用2備，熱備）單臺制冷量不小于

100KW的風冷精密空調，信息機房（二）配置7臺（5用2備，熱備）單

臺制冷量不小于100KW的風冷精密空調。

?傳輸設備機房：采用風冷機房精密空調。配置5臺單臺制冷量不小于60KW

的風冷精密空調。

?程控交換機房：采用風冷機房精密空調。配置2臺單臺制冷量不小于40KW

的風冷精密空調。

?應急指揮中心機房：風冷空調，1+1配置方式，制冷量為2X40kW。

（4）氣流組織方式

?自動化機房：IT機柜面對面、背對背布置方式，利用冷通道地板下靜

壓倉送風、熱通道吊頂內回風；設置獨立空調間，在空調與天花板之間

敷設回風管道。

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?信息機房：IT機柜面對面、背對背布置方式，利用冷通道地板下靜壓倉

送風、熱通道吊頂內空間回風；設置獨立空調間，在空調與天花板之間

敷設回風管道。

?通信機房：IT機柜面對面、背對背布置方式，利用冷通道地板下靜壓倉

送風，房間彌漫式上回風。

?應急指揮中心機房：IT機柜面對面、背對背布置方式，機柜空余位置未

設盲板。空調采用地板下送風、吊頂上回風方式。

（5）新風系統(tǒng)

?自動化機房：配置一套不帶溫度預處理功能的新風系統(tǒng)，新風機只對引

入的新風進行過濾處理，過濾后的新風與空調回風在吊頂內混合后，由

空調進行處理。機房新風處理機換氣次數(shù)按照每小時4次考慮。

?信息機房：配置一套不帶溫度預處理功能的新風系統(tǒng)，新風機只對引入

的新風進行過濾處理，過濾后的新風與空調回風在吊頂內混合后，由空

調進行處理。機房新風處理機換氣次數(shù)按照每小時4次考慮。

?通信機房：配置新風系統(tǒng)。

?應急指揮中心機房：無新風系統(tǒng)。

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