在信息化時(shí)代,作為核心的數(shù)據(jù)中心,有著舉足輕重的地位。數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)部一旦灰塵過(guò)多,可能導(dǎo)致靜電放電問(wèn)題而損壞元器件,造成不可估量的損失。為了解決這個(gè)問(wèn)題,需要對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部補(bǔ)充新風(fēng),維持機(jī)房?jī)?nèi)與機(jī)房外走廊的正壓差,保持空氣的潔凈度,從而控制空氣中的含塵量。數(shù)據(jù)中心對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度有明確的要求,因此在引入室外新風(fēng)之前需進(jìn)行預(yù)冷、預(yù)熱,從而不增加室內(nèi)精密空調(diào)的冷熱負(fù)荷。本文主要分析數(shù)據(jù)機(jī)房新風(fēng)送入的通道、季節(jié)不同對(duì)新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)要求的影響。
一、數(shù)據(jù)機(jī)房新風(fēng)量的確定
數(shù)據(jù)中心新風(fēng)主要為了提高數(shù)據(jù)中心室內(nèi)空氣質(zhì)量,保證機(jī)房微 正壓,以及保證工作人員正常工作需求(≥40m3/(人·h))。新風(fēng)量建議取“維持?jǐn)?shù)據(jù)中心所需正壓值”和“≥40 m3/(人 ·h)”2種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的較大值。維持機(jī)房正壓(主機(jī)房對(duì)走廊或其他房間的正壓≥5Pa)所需的新風(fēng)量,即要求通過(guò)門窗等縫隙的出風(fēng)速度≥2.8m/s。由于維持機(jī)房正壓所需新風(fēng)量難以計(jì)算,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及參照潔凈室的設(shè)計(jì),可按換氣次數(shù)1~2h-1計(jì)算。若機(jī)房四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封性較好,可采用換氣次數(shù)≥1h-1來(lái)計(jì)算新風(fēng)量;若密封性較差,可適當(dāng)提高換氣次數(shù)并采取密封措施。最有效且節(jié)能的辦法是對(duì)四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取密封措施,應(yīng)特別注意活動(dòng)地板下和吊頂內(nèi)的密封,所有穿過(guò)機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的管線敷設(shè)后均應(yīng)將孔洞封堵嚴(yán)密,防止漏風(fēng)。數(shù)據(jù)中心新風(fēng)量的選取應(yīng)適宜,新風(fēng)量過(guò)小不能滿足機(jī)房溫濕度和潔凈度的要求,新風(fēng)量過(guò)大將會(huì)給空調(diào)系統(tǒng)增加較大的負(fù)擔(dān)。 二、數(shù)據(jù)中心機(jī)房新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)分析
1、數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷、熱通道環(huán)境分析數(shù)據(jù)中心新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的選取,首先應(yīng)明確新風(fēng)送入冷通道還是熱通道,因?yàn)閿?shù)據(jù)中心內(nèi)冷通道和熱通道的環(huán)境狀態(tài)區(qū)別很大,對(duì)新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的要求也不同。GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境有明確的要求,見(jiàn)表1。由表1可以看出,規(guī)范對(duì)數(shù)據(jù)中心室內(nèi)的露點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度是有明確要求的,同時(shí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)絕對(duì)不能發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。如數(shù)據(jù)中心采用冷通道封閉的方式,假設(shè)冷通道內(nèi)設(shè)計(jì)干球溫度取22 ℃,冷空氣經(jīng)過(guò)機(jī)柜后升溫至 32 ℃,即為熱通道干球溫度,根據(jù)表1要求冷通道露點(diǎn)溫度不高于15℃,同 時(shí)由于空氣經(jīng)過(guò)機(jī)柜升溫的過(guò)程為等濕升溫,熱通道理論上露點(diǎn)溫度和冷通道相同。2、夏季新風(fēng)送入冷通道送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)分析結(jié)合上述分析,冷通道干球溫度22℃、相對(duì)濕度60%,查焓濕圖可知,此時(shí)露點(diǎn)溫度為13.7 ℃,接近規(guī)范 要 求 的15 ℃,比焓 為47.9KJ/kg(見(jiàn)表2)。為了保證新風(fēng)送入室內(nèi)不結(jié)露,則需要新風(fēng)送風(fēng)溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度。考慮機(jī)房新風(fēng)只承擔(dān)新風(fēng)本身負(fù)荷,新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)等焓線與90%相對(duì)濕度線的交點(diǎn)。查焓濕圖可知,新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)干球溫度為18 ℃、相對(duì)濕度為90%。對(duì)于機(jī)柜數(shù)量少、封閉冷通道數(shù)量有限,有條件將新風(fēng)直接送入封閉冷通道的項(xiàng)目,封閉起來(lái)的冷通道容積相對(duì)較小,雖然新風(fēng)量不大,但如果新風(fēng)送入冷通道溫度較低,也可起到輔助機(jī)房降溫、增加冷通道冷池的作用。因此確定新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)干球溫度為15 ℃、相對(duì)濕度為90%,使新 風(fēng) 送風(fēng)溫度在滿足室內(nèi)不結(jié)露的前提下盡可能低。以北京夏季為例,經(jīng)計(jì)算,1000m3/h新風(fēng)量新風(fēng)負(fù)荷為12.0kW。對(duì)于封閉熱通道,新風(fēng)送入房間冷池的項(xiàng)目,可適當(dāng)提高新風(fēng)送風(fēng)溫度至18℃(相對(duì)濕度為90%)。建議新風(fēng)送風(fēng)溫度根據(jù)機(jī)房模塊具體情況選擇不低于15℃或18℃,同時(shí)為保證送入室內(nèi)的新風(fēng)經(jīng)過(guò)表冷器后除濕,新風(fēng)送風(fēng)相對(duì)濕度應(yīng)為90%。3、冬季新風(fēng)送入冷通道送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)分析由上述可知,冷通道設(shè)計(jì)干球溫度通常選取22℃,GB50174-22017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定冷通道露點(diǎn)溫度不得低于5.5℃,相對(duì)濕度不得高于60%。根據(jù)冷通道干球溫度22℃、露點(diǎn)溫度5.5℃,查焓濕圖可知此時(shí)相對(duì)濕度為34.2%,比焓為36.6kJ/kg。對(duì)于數(shù)據(jù)機(jī)房而言,室內(nèi)相對(duì)濕度過(guò)低,但為了節(jié)約能源,減少新風(fēng)熱負(fù)荷,建議新風(fēng)送風(fēng)溫度不高于10℃,相對(duì)濕度為40%。表3給出了露點(diǎn)溫度接近5.5 ℃時(shí)冷熱通道空氣狀態(tài)參數(shù)。由表3可知,此時(shí)熱通道相對(duì)濕度低于30%,應(yīng)開(kāi)啟加濕功能。如果不開(kāi)啟加濕功能,熱通道空氣狀態(tài)如表4所示,露點(diǎn)溫度為12.1℃,此時(shí)新風(fēng)送風(fēng)溫度需高于12.1℃。
4、夏季新風(fēng)送入熱通道送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)分析
夏季熱通道環(huán)境溫度為32℃,露點(diǎn)溫度為15℃,比焓為58.2kJ/Kg(見(jiàn)表2),考慮機(jī)房新風(fēng)不承擔(dān)負(fù)荷,新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為室內(nèi)等焓線與相對(duì)濕度90%線的交點(diǎn)。查焓濕圖可知,新風(fēng)送風(fēng)狀 態(tài)點(diǎn)為干球溫度21.2℃、相對(duì)濕度90%。相對(duì)于封閉的冷通道而言,開(kāi)放的熱通道容積較大,而機(jī)房維持微正壓的新風(fēng)量較小,利用低溫新風(fēng)和熱通道大量回風(fēng)混合無(wú)法起到明顯的冷卻降溫效果。
因此,夏季應(yīng)最大限度提高新風(fēng)送入熱通道的溫度以降低新風(fēng)冷負(fù)荷,從而降低數(shù)據(jù)中心電能使用效率PUE。以北京為例,夏季室外空氣干球溫度33.5 ℃、濕球溫度26.4℃,相對(duì)于熱通道設(shè)計(jì)溫度還需要對(duì)室外空氣進(jìn)行減焓減濕處理才能送入熱通道內(nèi)。根據(jù)濕空氣焓濕圖可知,只有在熱濕比ε=-∞與ε=0之間的空氣狀態(tài)變化是減焓減濕過(guò)程[1-2]。針對(duì)北京地區(qū)夏季室外空氣狀態(tài)而言,對(duì)應(yīng)區(qū)域見(jiàn)圖1,各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)表5。室外新風(fēng)通過(guò)表冷器進(jìn)行減焓減濕處理過(guò)程中,先進(jìn)行等濕冷卻后再進(jìn)行減濕冷卻,通常送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)相對(duì)濕度達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)(即 相 對(duì) 濕 度90%)。但在夏季新風(fēng)處理過(guò)程中,由于室外新風(fēng)露點(diǎn)溫度為23.9 ℃,表冷器中冷水溫度普遍低于此溫度,因此新風(fēng)通過(guò)表冷器必然經(jīng)過(guò)減濕減焓的空氣處理過(guò)程。由此可知,此時(shí)室外新風(fēng)極限送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為圖1中的等濕點(diǎn),即干球溫度25.8℃、相對(duì)濕度90%。綜上所述,建議夏季新風(fēng)送入熱通道的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)溫度不高于干球溫度25.8℃,相對(duì)濕度為90%。5、冬季新風(fēng)送入熱通道送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)分析冬季降低新風(fēng)熱負(fù)荷的關(guān)鍵因素是降低新風(fēng)送風(fēng)溫度,具體分析如3所述。可按是否在機(jī)房?jī)?nèi)采取加濕措施來(lái)確定新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)。
基于北京市室外空氣狀態(tài)點(diǎn)及濕空氣焓濕圖,分析了夏季及冬季新風(fēng)分別送入冷通道和熱通道的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心機(jī)房新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的確定應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在地的室外空氣參數(shù)進(jìn)行具體分析。為保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)新風(fēng)需求和避免不必要的浪費(fèi),建議采用新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)及新風(fēng)量設(shè)計(jì)和智能控制相結(jié)合的方式來(lái)達(dá)到較好效果。
大型數(shù)據(jù)中心如果設(shè)置的模塊數(shù)量較多,機(jī)房新風(fēng)的設(shè)置應(yīng)盡量分散,最好以模塊為單位設(shè)置新風(fēng)機(jī)組,不建議1臺(tái)新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)過(guò)多機(jī)房模塊負(fù)荷。實(shí)踐證明,在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行時(shí),對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制是降低PUE的一個(gè)重要手段。因此,每個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)所承擔(dān)的機(jī)房模塊數(shù)量越少,在實(shí)際運(yùn)行時(shí)越容易單獨(dú)調(diào)節(jié)。