机房精密空调节能思考

机房精密空调节能思考

中国人民银行清算总中心陈勋

为实现全国人大十一届四中全会温总理所作的《政府工作报告》中强调的“十二五”期间，我国单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低16%和17%，主要污染物排放总量减少8%至10%的目标，国家要求把大幅降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度作为约束性指标，有效控制温室气体排放。新建和改建数据中心的节能减排等绿化工作将越来越具有现实意义。

据著名调研机构Gartner一项针对CIO的调研表明，70%的被访者认为，电力和制冷问题是他们的数据中心所面临的一个最大问题，IT预算中能源方面的花费从8%激增到48%。在美国，3年的纯能源成本消耗已经等同于设备购置成本；；而在欧洲，3年的纯能源成本消耗甚至已经2倍于设备购置成本。电力消耗已成为IT支出中的绝对“大头”。

绿色数据中心的能耗模型，以PUE值为2.0为例，如图所示空调制冷系统能耗占比为37%，供电系统为10%，照明系统为3%，IT设备为50%。对于PUE值更大的数据中心，IT设备能耗占比进一步减少，空调制冷系统能耗占比将进一步增加，节能低碳性能变差。可见，机房空调制冷系统能耗占比很大，在空调制冷系统中下功夫，减少能源消耗，在数据中心的节能减排中大有所为。

一、机房精密空调的特点

数据中心机房（特别指无人机房）是信息处理的核心节点，大量的IT设施在此运行，特别是A级机房要求系统1年365天，1天24小时不间断运行，对机房环境的要求更加苛刻，即温度控制在23±1℃、相对湿度(R.H.)控制在40%～55%，温度变化率＜5℃/h，不得结露；根据《电子计算机机房设计规范》规定，主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数，应小于18000粒。主机房与其他房间、走廊间压差不应小于4.9Pa，与室外静压差不应小于9.8Pa。

根据机房精密空调的使用环境，可以看出机房精密空调的特点：

1、 一年四季不间断运行，冬、夏季皆不能例外，则机房精密空调必须适应夏天45℃，

冬天-30℃的使用要求（可根据当地气候条件确定）。

2、 由于机房功率密度大，制冷量要求同样也高，除湿的要求较低则机房精密空调必

须适应显热量大，潜热量小、效率高的要求。

3、 由于机房环境对温、湿度有较高的要求同时又有节能要求，则机房精密空调必须

具备较高的温、湿度控制精度和较宽的调整范围。

4、 由于机房功率密度大，制冷量要求同样也高，又不能结露，而标准工况下单位容

积空气带走的热量一定，所以机房精密空调必须具备大风、小晗差的特点。

5、 机房设备多、业务关键，则机房精密空调必须具有亚高效、高效过滤空气的洁净

措施，为了避免污染，则必须支持引入新风，以保持室内外静压差大于等于9.8Pa。

6、 由于一个机房往往需要多台机房精密空调共同承担制冷任务，智能联机群控功能

非常必要，同时有必要避免几台机房精密空调同时你制冷、我加热、你加湿我除

湿的竞争运行情况发生（多发生在配置多台机房精密空调，而制冷负荷又较低的

情况）。

7、 由于机房环境监控的需要，系统必须能支持远程网管的监控功能，支持局域网的

TCP/IP协议。

二、机房精密空调的主要参数和选型注意事项

目前市场上的机房精密空调系统主要有：风冷型空调机组、冷却水或乙二醇冷却型空调机组、冷冻水型空调机组、以及利用自然冷源的双冷源型空调机组和外加冷源的改进型机组如双盘管机组、利用余热的热泵型机组等，用户需要根据实际情况在满足基本需求的情况下，尽可能选择绿色节能的产品。

机房精密空调的主要参数有：总制冷量、显冷量、室内风量和机外余压、噪声、压缩机功率和室内外风机功率等。在机房精密空调选型时，除了以上参数必须满足以外，还要注意以下几点：

1、 关注系统的整机效率即COP值，国标要求风冷系统I类能效比大于3.0。

2、 根据机房的面积和总制冷量，选择风冷系统还是水冷系统，是冷却水系统还是

冷冻水系统，当总制冷量大于4500KW（有待商榷）时，以采用水冷空调系统为

宜，当总制冷量小于4000KW时（有待商榷），以采用风冷空调系统为宜（北

京地区，各地需具体分析）。

3、 根据对系统的安全性要求，选择双压缩机双系统，还是双压缩机单系统、单压

缩机单系统。注意压缩机数量，室外风机数量，和系统设计原理。

4、 根据机房规划，选择上送风方式、下送风方式、水平送风方式和其他。

5、 根据当地的气候条件，选择适当的机型，如℃大于45℃和冬季气温低于-30℃

的特殊地区选型，因为机精密空调的标称参数是在室内温度24℃、相对湿度

50%时的测量值，室外风机可满足35℃的气温。夏季室外温度变高时，系统效

率会下降，因此必须向供货商特别指出，并考虑大一号的室外风机。

6、 对于送风距离超长比如大于20米的机房，机外余压应适当调大，这时应校核

风量是否够用，能否满足制冷量的需求。

7、 对于室内的新风换气系统，风量必须足够以外，应注意预处理即调温和二级过

滤，防止新风过热和过脏，带来额外的制冷负荷以及破坏机房洁净度。

8、 对于室内、外的水平距离大于60米，垂直距离大于20米的情况，应采取特殊

措施。

9、 注意空调间的防水处理，拦水坝设计，以及漏水感应绳的布设。

10、水冷机房精密空调系统，应注意冬季结冰问题。

三、机房精密空调的节能方案考虑

建设绿色数据中心，提高机房精密空调系统本身的效率是关键，一般从以下几个方面考虑：

1、 采用高效节能的新技术产品，如世界知名厂家的高效压缩机，采用高效的冷凝

器和蒸发器，采用下沉式设计(更节能)的节能型EC风机，代替冷却塔以及喷

雾方案的板管式冷凝器等。

2、 采用利用自然冷源的制冷解决方案：如利用室外温度低于18℃时，引进自然风

制冷的原理，形成的双风机盘管系统，爱默生的SDC系统如图所示，以及其他

类似原理产品。

3、 有冷冻水或冷却水冷源时候，采用冷冻（却）水系统+水冷机房精密空调系统。

4、 利用自然界水资源做冷源+水冷机房精密空调系统。如河流、水库、海洋的水

资源。

5、 对于风冷型系统，室外冷凝器布置时，应避免产生热岛效应而降低效率。

6、 室外风冷冷凝器的夏季喷雾解决方案，但是水喷雾方案易腐蚀冷凝器；目前市

场已推出了同样原理的各种水冷产品如板管蒸发式冷凝器，可替代冷却塔，欧

美、香港已大量推广，节能效果显著。