數(shù)據(jù)中心機(jī)房新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點的分析

IDC公社
劉 星、徐 偉
數(shù)據(jù)中心新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點的選取,首先應(yīng)明確新風(fēng)送入冷通道還是熱通道,因為數(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,對新風(fēng)狀態(tài)點的要求也不同。

本文來自IDC公社,作者/劉星、徐偉。

0引言

在信息化時代,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)房內(nèi)部一旦灰塵過多,可能導(dǎo)致靜電放電問題而損壞元器件,造成不可估量的損失。為了解決這個問題,需要對機(jī)房內(nèi)部補(bǔ)充新風(fēng),維持機(jī)房內(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)不同對新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點要求的影響。

1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“≥40m3/(人·h)”2種標(biāo)準(zhǔn)計算的較大值。維持機(jī)房正壓(主機(jī)房對走廊或其他房間的正壓≥5Pa)所需的新風(fēng)量,即要求通過門窗等縫隙的出風(fēng)速度≥2.8m/s。由于維持機(jī)房正壓所需新風(fēng)量難以計算,根據(jù)經(jīng)驗及參照潔凈室的設(shè)計,可按換氣次數(shù)1~2h-1計算。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來計算新風(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)能的辦法是對四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取密封措施,應(yīng)特別注意活動地板下和吊頂內(nèi)的密封,所有穿過機(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)量過小不能滿足機(jī)房溫濕度和潔凈度的要求,新風(fēng)量過大將會給空調(diào)系統(tǒng)增加較大的負(fù)擔(dān)。

2數(shù)據(jù)中心機(jī)房新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點分析

2.1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)點的選取,首先應(yīng)明確新風(fēng)送入冷通道還是熱通道,因為數(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,對新風(fēng)狀態(tài)點的要求也不同。GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》對機(jī)房內(nèi)環(huán)境有明確的要求,見表1。

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由表1可以看出,規(guī)范對數(shù)據(jù)中心室內(nèi)的露點溫度和相對濕度是有明確要求的,同時數(shù)據(jù)中心內(nèi)絕對不能發(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)計干球溫度?。玻病妫淇諝饨?jīng)過機(jī)柜后升溫至32℃,即為熱通道干球溫度,根據(jù)表1要求冷通道露點溫度不高于15℃,同時由于空氣經(jīng)過機(jī)柜升溫的過程為等濕升溫,熱通道理論上露點溫度和冷通道相同。

2.2夏季新風(fēng)送入冷通道送風(fēng)狀態(tài)點分析

結(jié)合上述分析,冷通道干球溫度22℃、相對濕度60%,查焓濕圖可知,此時露點溫度為13.7℃,接近規(guī)范要求的15℃,比焓為47.9kJ/kg(見表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)點為室內(nèi)狀態(tài)點等焓線與90%相對濕度線的交點。查焓濕圖可知,新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點干球溫度為18℃、相對濕度為90%。

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對于機(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目,封閉起來的冷通道容積相對較小,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)點干球溫度為15℃、相對濕度為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)計算,1000m3/h新風(fēng)量新風(fēng)負(fù)荷為12.0kW。對于封閉熱通道,新風(fēng)送入房間冷池的項目,可適當(dāng)提高新風(fēng)送風(fēng)溫度至18℃(相對濕度為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℃,同時為保證送入室內(nèi)的新風(fēng)經(jīng)過表冷器后除濕,新風(fēng)送風(fēng)相對濕度應(yīng)為90%。

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2.3冬季新風(fēng)送入冷通道送風(fēng)狀態(tài)點分析

由上述可知,冷通道設(shè)計干球溫度通常選?。玻病?,GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定冷通道露點溫度不得低于5.5℃,相對濕度不得高于60%。根據(jù)冷通道干球溫度22℃、露點溫度5.5℃,查焓濕圖可知此時相對濕度為34.2%,比焓為36.6kJ/kg。對于數(shù)據(jù)機(jī)房而言,室內(nèi)相對濕度過低,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℃,相對濕度為40%。表3給出了露點溫度接近5.5℃時冷熱通道空氣狀態(tài)參數(shù)。由表3可知,此時熱通道相對濕度低于30%,應(yīng)開啟加濕功能。如果不開啟加濕功能,熱通道空氣狀態(tài)如表4所示,露點溫度為12.1℃,此時新風(fēng)送風(fēng)溫度需高于12.1℃。

2.4夏季新風(fēng)送入熱通道送風(fēng)狀態(tài)點分析

夏季熱通道環(huán)境溫度為32℃,露點溫度為15℃,比焓為58.2kJ/kg(見表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)點為室內(nèi)等焓線與相對濕度90%線的交點。查焓濕圖可知,新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點為干球溫度21.2℃、相對濕度90%。相對于封閉的冷通道而言,開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℃,相對于熱通道設(shè)計溫度還需要對室外空氣進(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)變化是減焓減濕過程[1-2]。針對北京地區(qū)夏季室外空氣狀態(tài)而言,對應(yīng)區(qū)域見圖1,各狀態(tài)點參數(shù)見表5

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室外新風(fēng)通過表冷器進(jìn)行減焓減濕處理過程中,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)點相對濕度達(dá)到機(jī)器露點(即相對濕度90%)。但在夏季新風(fēng)處理過程中,由于室外新風(fēng)露點溫度為23.9℃,表冷器中冷水溫度普遍低于此溫度,因此新風(fēng)通過表冷器必然經(jīng)過減濕減焓的空氣處理過程。由此可知,此時室外新風(fēng)極限送風(fēng)狀態(tài)點為圖1中的等濕點,即干球溫度25.8℃、相對濕度90%。

綜上所述,建議夏季新風(fēng)送入熱通道的送風(fēng)狀態(tài)點溫度不高于干球溫度25.8℃,相對濕度為90%。

2.5冬季新風(fēng)送入熱通道送風(fēng)狀態(tài)點分析

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2.3節(jié)所述??砂词欠裨跈C(jī)房內(nèi)采取加濕措施來確定新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點參數(shù)。

3結(jié)語

基于北京市室外空氣狀態(tài)點及濕空氣焓濕圖,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。不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心機(jī)房新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點的確定應(yīng)根據(jù)項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)點及新風(fēng)量設(shè)計和智能控制相結(jié)合的方式來達(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臺新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)過多機(jī)房模塊負(fù)荷。實踐證明,在項目實際運(yùn)行時,對新風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制是降低PUE的一個重要手段。因此,每個新風(fēng)系統(tǒng)所承擔(dān)的機(jī)房模塊數(shù)量越少,在實際運(yùn)行時越容易單獨(dú)調(diào)節(jié)。

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