數據中心機房熱管空調系統節能改造案例分析

田彩霞

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣州，510500）

隨著我國“雙碳”目標的明確，各行各業紛紛尋求綠色發展之路，伴隨通信、互聯網等信息時代高速發展，各大運營商數據中心機房制冷系統帶來的二氧化碳排放量也逐年增加，尋求綠色低碳的運營方式，勢在必行［1］。傳統老舊數據機房采用風冷精密空調進行制冷，其能效比較低，導致機房的空調運行能耗較高，且存在局部熱點現象，本文對長沙市某傳統老舊數據中心機房制冷系統進行改造，應用冷水機組+熱管空調節能技術，年均可節能30 % 左右［2］，還可消除噪音影響，提升機房安全和能源利用效率，降低碳排放，確保實現“雙碳”目標。

1 技術改造方案

1.1 冷熱源系統改造方案

綜合考慮機房現有設備分布情況、機房面積、建筑布局及項目所在地氣候等因素，本項目采用新增一套冷水機組+熱管空調末端的制冷系統改造方案，系統包括冷源設備、冷量分配單元（CDU）和熱管空調末端。經現場勘察，原機房風冷精密空調裝機容量為1,214 kW，根據IT設備現場實測功耗、原機房風冷精密空調實際使用負荷以及機房負荷情況，改造方案擬選用二臺制冷量為600kW的一體化冷凍站，改造空調系統與現有空調系統相互獨立，空調系統實現N+N冗余備份，從而保證施工過程中不影響現有系統正常運行。冷源設備采用雙冷源，如圖1（a）所示，在夏季及過渡季節，利用水冷冷水機組提供冷凍水（14 ℃）輸送到CDU，為數據中心機房熱管空調量為600 kW的一體化冷凍站，改造空調系統與現提供冷源；在冬季及過渡季節，實施冷卻塔自然冷卻運行策略，此時水冷冷水機組不啟動僅依靠冷卻水塔制取的12 ℃冷卻水通過板式換熱器換熱，提供14 ℃冷凍水，如圖1（b）所示［5］

圖1（a） 水冷冷水機組運行

1.2 冷凍水管網改造方案

冷凍水經天面一體化冷凍站送出，由屋頂走立管去往2～5層室外機設備平臺，再由立管接出水平管到每層的CDU，水平管布置為環網形式。

1.3 空調末端改造方案

數據中心機房改造方案的室內空調末端采用熱管空調，熱管空調吊裝在機柜通道內，優化氣流組織，避免局部熱點。

2 改造后經濟性分析

2.1 改造前后主要設備配置

通過對改造前后制冷系統的空調系統能耗進行對比分析，評估改造節能效果。改造前原空調方案采用8臺風冷精密空調機組，單臺機組制冷量為154 kW，功率為56.5 kW，改造后采用一體化冷凍站+熱管空調系統，單臺一體化冷凍站制冷量為600 kW，制冷功率為130 kW。

2.2 改造前后空調系統能耗計算

數據中心機房主要冷負荷來源于機柜散熱，常年穩定的負荷需求，原方案的8臺風冷精密空調機組可按365天24小時運行考慮，改造后的一體化冷凍站+熱管空調系統可按兩種工況運行，夏季開啟制冷主機，一體化冷凍站運行功率按130 kW計算，在冬季及過渡季節時，當室外濕球溫度低于6 ℃時，開啟冷卻塔自然冷卻運行模式，此時水冷冷水機組不啟動，一體化冷凍站運行功率為30 kW，長沙市可利用冷卻塔自然冷卻時間為120天，改造前后數據中心機房空調系統能耗結果如表1、2所示。

表1 改造前空調系統能耗計算

表2 改造后空調系統能耗計算

經計算，改造后的一體化冷凍站+熱管空調系統相較于原來的風冷精密空調系統，每年節省電量137.67萬kW?h，按0.73元/度電換算為節省電費，約100.49萬元，節能率高達40.5 %。

2.3 節能效率驗證

為了驗證理論計算誤差，對改造前后的空調系統進行實測，結合數據對比分析節能率，如表3所示。

表3 測試數據對比

3 結論

通過對數據機房制冷系統節能改造案例分析，將冷水機組+熱管空調節能技術應用到傳統老舊數據中心機房場景，提升機房安全和能源利用效率，節能量顯著，值得借鑒及推廣。

可針對信息通信行業多個數據中心機房場景進行合理配置、設計、改造，安全、穩定、高效的解決傳統老舊機房空間場地有限、機房噪聲大，局部熱點、改造困難等難題。