金融数据中心机房直膨空调及其配电系统建设

费孔鹤 汪 冰 袁 祎 马干俊

1.中邮建技术有限公司；2.南京佳力图机房环境技术股份有限公司

0 引言

金融数据中心是金融机构信息化建设的重要组成部分，是金融机构的信息核心，承载着金融机构的所有业务数据和交易信息，包括客户信息、账务资料、交易记录等，实现这些数据的安全、可靠和高效管理是金融机构的首要任务。金融机构的业务具有高度实时性和敏感性，一旦出现系统故障或数据泄露等问题，将会给金融机构和客户带来严重的损失和影响。因此，金融数据中心需要采用先进的技术和设备，同时要加强管理和采取安全措施，实现机房的高可用性、高可靠性和高性能，确保金融机构的信息系统安全和业务的连续性。

直膨空调系统是一种节能的冷却解决方案。传统的数据中心冷却系统大都使用蒸发制冷技术，但这种方法消耗大量的能量。而直膨空调系统采用新技术，在冷却过程中极大地减少了能耗。直膨空调系统还具有更高的冷却效率和更好的温湿度控制能力，它能够根据需求进行精确调节，从而节省了大量的能源和维护成本。因此，直膨空调配电系统对于保障金融数据中心的安全稳定运行具有重要意义。直膨空调配电系统在金融数据中心机房中的应用和作用具体包括：提供高效冷却，节能降耗，提高系统稳定性，提供安全电源。

1 金融数据中心机房

1.1 金融数据中心机房的特点

金融数据中心是金融行业信息技术支撑系统的核心设施之一，其特点主要包括高度自动化、大规模、高密度、安全稳定性高、运行要求高和能源效率高等多个方面。

（1）高度自动化：金融数据中心机房中的设备大多是高度自动化的，包括服务器、存储设备、网络设备等，其运行和管理都需要高度的自动化技术支持。

（2）大规模、高密度：金融数据中心机房中的设备数量通常较多，设备密度较高，而且机房空间有限，因此对于机房布局和设备摆放有一定的要求。

（3）安全稳定性高：金融数据中心机房中的设备通常是金融机构的重要资产，数据的保密性、完整性和可靠性至关重要，因此对机房的安全稳定性要求高，一般采取多重防护措施。

（4）运行要求高：金融数据中心机房中的设备通常要求24 小时连续安全稳定运行，因此对于机房设备的维护和管理都有非常高的要求。

（5）能源效率高：金融数据中心机房中的设备通常需要大量的电力支持，因此需要对机房的能源消耗进行严格的管理，提高能源利用效率，减少能源消耗。

1.2 金融数据中心机房的需求分析

金融数据中心作为金融机构的核心基础设施，其需求分析包括机房安全性需求、机房稳定性需求、机房容量需求、机房节能需求和机房管理需求等多个方面。

（1）机房安全性需求：金融数据中心机房中的设备是金融机构的重要资产，关乎数据的安全性、可靠性、保密性和完整性。因此，机房的安全性需求非常高，需要具备物理安全、网络安全、数据安全等多重防护措施，以保证机房内设备和数据的安全。

（2）机房稳定性需求：金融数据中心机房中的设备通常需要24 小时连续稳定运行。因此，机房的稳定性需求非常高，需要具备高度可靠的设备、配电系统和空调系统，以保证机房的稳定运行。

（3）机房容量需求：金融数据中心机房中的设备数量通常较多，设备密度较高，因此机房的容量需求也比较高。机房的设计需要充分考虑到设备广度和密度，以保证机房既能够容纳足够的设备，又能保持较好的通风散热效果。

（4）机房节能需求：金融数据中心机房中的设备通常需要大量的电力支持，因此机房的节能需求也比较高。机房的设计需要充分考虑到能源消耗，采取有效的节能措施，降低机房的能源消耗、节约机房的运营成本。

（5）机房管理需求：金融数据中心机房中的设备多为高度自动化设备，其运行和管理都需要高度的自动化技术支持。机房的管理需求包括设备管理、资源管理、监控管理等多个方面，需要建立完善的机房管理体系，保证机房的正常运行和管理。

2 直膨空调系统

2.1 直膨空调系统的原理

直膨空调系统是一种适用于大空间的空调系统，其原理是通过在机房内设置多个直膨器，将冷却剂直接送至膨器内膨胀制冷，以达到控制机房温度的目的。直膨空调系统如图1所示，具体工作原理如下：

图1 直膨空调系统

（1）制冷剂循环：制冷剂，又称冷媒、雪种，在直膨空调系统中循环运行，通过压缩机变成高压气体，进入冷凝器变成液态，再通过节流阀降压，成为低压气体。

（2）直膨器膨胀：低压气体进入直膨器，在直膨器内膨胀成为低温低压的蒸发气体，吸收机房内热量，从而降低机房温度。

（3）冷凝器冷却：机房内的热量被吸收后，蒸发气体进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，再经过节流阀降压，形成低压气体，进入直膨器，循环往复。

（4）空气循环：直膨空调系统通过空气循环将冷却后的空气送入机房，形成冷气流，降低机房温度。冷气流经过机房内的设备，将机房内热量带走，保证设备的正常运行环境。

图2、图3是直膨空调的某厂家实物图。其中包括冷凝风机、带自然冷源冷凝器、储液器、中间换热器、压缩机、制冷剂泵等。

图2 直膨空调系统外机图

图3 直膨空调系统结构

2.2 直膨空调系统的特点

直膨空调系统是一种适用于大空间的空调系统，具有高效节能、稳定性高、维护成本低、空间利用率高和环保节能等优势。

（1）高效节能：相比传统的中央空调系统，直膨空调系统的运行效率更高，能够有效降低机房的能耗和运行成本，节约企业的能源支出。

（2）稳定性高：直膨空调系统的结构简单、运行稳定，冷却效果均匀，能够保证机房内各个区域的温度稳定，从而提高机房的系统稳定性。

（3）维护成本低：直膨空调系统设计简单，使用寿命长，维护成本相对较低，降低了企业的运行成本。

（4）空间利用率高：直膨空调系统不需要大量的空间存放空气处理机和冷凝器等设备，因此能够更好地利用机房的空间，提高空间利用率。

（5）环保节能：直膨空调系统采用绿色环保制冷剂，避免了传统空调系统中的制冷剂对环境的污染，从而更加环保节能。

2.3 直膨空调系统的节能优势

直膨空调系统相比传统的中央空调系统具有按需供冷、空气循环技术、绿色环保制冷剂、自动控制系统和高效散热设计等多种节能优势，能够有效降低机房的能耗和运行成本，实现节能环保。

（1）按需供冷：直膨空调系统采用多个独立膨胀器，可根据实际需要单独控制每个膨胀器的制冷量，实现按需供冷。相比传统中央空调系统，直膨空调系统能够更准确地控制机房温度，避免了过度制冷和能源浪费的问题。

（2）空气循环技术：直膨空调系统采用空气循环技术，将冷却后的空气送入机房内，形成冷气流，降低机房温度。通过空气循环技术，可以使机房内温度均匀分布，避免了传统中央空调系统的温度不均匀的问题，从而进一步降低了能源消耗。

（3）绿色环保制冷剂：直膨空调系统采用绿色环保制冷剂，具有零污染、零排放、无毒无害等优点，更加环保。

（4）自动控制系统：直膨空调系统配备智能自动控制系统，能够根据机房内的温度和湿度等参数自动调节制冷量和风速，实现精准的温度控制。相比传统中央空调系统，直膨空调系统的智能自动控制系统可以更快地响应机房内部环境变化，避免了能源浪费的情况。

（5）高效散热设计：直膨空调系统具有高效的散热设计，通过合理的风道设计和空气流通方式，可以将机房内的热量快速散发，减少机房内热量的积聚，从而进一步降低了机房内部的温度，降低了能源消耗。

2.4 直膨空调系统在保障机房稳定运行中的作用

直膨空调系统在保障机房稳定运行中发挥着至关重要的作用，通过保持机房环境的稳定，能够降低设备故障率，提高设备使用寿命，提高机房整体稳定性和可靠性。

（1）控制机房温度：直膨空调系统可以根据机房温度和湿度参数自动调节制冷量和风速，实现精准环境控制。这能够帮助保持机房内部温度的稳定，避免过热或过冷的情况发生，从而保障机房内设备的稳定运行。

（2）降低设备故障率：机房内的设备往往需要长时间不间断地运行，容易导致设备散发的热量积聚，从而造成设备故障或损坏。而直膨空调系统可以通过空气循环技术将冷却后的空气送入机房内，形成冷气流，将设备散发的热量带走，降低设备故障率，保障机房设备的稳定运行。

（3）提高设备使用寿命：机房内的设备往往需要在高温高湿的环境下长时间运行，容易导致设备的损坏和使用寿命的缩短。而直膨空调系统可以通过精准的温度和湿度控制，保持机房环境稳定，降低设备故障风险，从而提高设备的使用寿命。

（4）提高机房稳定性：直膨空调系统具有高效节能、稳定性高、维护成本低、空间利用率高和环保节能等优势，能够提高机房的稳定性，保障机房运行的连续性和可靠性。

3 直膨空调系统的配电系统设计

金融数据中心对电力供应有非常高的要求，其配电系统设计应满足高可用、高稳定、高安全的原则。

首先，金融数据中心的配电系统应采用备用电源配置，包括正常供电、UPS 供电、发电机供电等多个电源。正常供电作为主用电源，UPS 和发电机作为备用电源，当主用供电发生故障时可以快速切换备用电源继续供电，保证数据中心不间断运行。

其次，金融数据中心的配电系统应具有较大的供电容量和较强的备用续航能力。供电容量应根据数据中心关键设备的总功率来确定，同时考虑未来一定时期内的数据中心负荷增长预期。发电机等备用电源的续航时间也应不小于数据中心完全关闭所需要的时间。

再次，金融数据中心的配电干线应采用环状结构，不同电源入口采用不同的供电回路，避免单点故障。配电系统设置综合监控系统，实现对供电状态、功率指标等的实时监测，出现异常立即报警。

最后，金融数据中心的配电系统还应具有一定的防雷防浪涌能力。重要配电节点应设置避雷装置与电涌保护装置，避免雷电对数据中心设备的损坏。供地线应采用隔离接地形式设置电涌过电压保护器，分散电涌能量积聚对数据中心的影响。

总之，金融数据中心配电系统设计应全面考虑到数据中心的高可靠性需求，采用备用电源配置、高容量和高续航、环状架构与综合监控管理等方式确保配电系统的高稳定性与安全性。这是保障金融数据中心持续安全运行的基础。

直膨空调由于其精准的温控能力和高能效的特点，被广泛应用于对机房环境要求极高的金融数据中心。与常规空调相比，直膨空调可以实现0.5℃级别的精确温控，大大减少机房内的温差和热负荷，确保服务器等信息技术设备的稳定运行。此外，直膨空调采用变频技术可以根据机房的实时负荷实现30%-50%的节能，这对金融数据中心的运行成本控制意义重大。

直膨空调配电系统为直膨空调的稳定运行提供电能保障，其总体框架应当包含配电干线、UPS 不间断电源、发电机组等。考虑到金融数据中心对电力的高度依赖性，直膨空调配电系统还应装配环网计量器用于功率监测，环境监控系统用于机房内电力环境实时监测，配电自动化系统用于实现故障检测与处理。

4 实例分析

某证券大厦数据中心工程，将“设计领先、安全规范、可持续发展、绿色环保”作为建设目标，建成后将与财智中心和异地备份中心构成“两地三中心”，形成“同城双活+异地灾备”架构，满足未来十年高可用性和业务连续性需求。本数据中心机房用电需保持7*24 小时运行，特点是用电量大，可靠性要求高，电源品质要求高。供配电系统是保证各类设备安全可靠运行的基础，保障供电可靠性和灵活性。

本工程机房的主要功能为数据交换、生产的保障服务。机房内数据生产交换设备及机房精密空调、消防设备、应急照明、机房区重要照明等均属一级负荷，其余的动力、照明、空调风机属二级负荷。对于一级负荷中的数据生产设备及机房精密空调风扇、消防设备等则属于特别重要负荷。

在市电断电情况下，从发电机应急电源正常启动到投向负载供电需要一定的时间延时，或发电机应急电源短时间未正常启动，为确保该期间机房温度保持在正常温度范围，需要给备用机房精密空调提供电源。电源设置动力专用UPS，选用2台400KVA UPS 并机设置，共设置4 台。

对机房、变配电所、高压配电室、UPS 机房及其电池室、控制中心、监控室、走道及楼梯间等公共场所的应急照明，除采用二路电源自动双切外，电源接入动力用UPS 系统及柴油发电机，以确保供电的可靠性。对特别重要负荷处，供电方式为两路电源切换，包括两路市电引入及UPS 电源。

本工程建设37 台机房区房间级精密空调（显冷量60kW，送风量15000m³/h），建设10 台UPS 室房间级精密空调（显冷量50kW，送风量12500m³/h），建设多台辅助机房变频多联空调系统，其中单台精密空调电功率37.9kW。本工程采用一路市电加一路UPS 的高可靠性的供电方式。

本工程机房内均采用风冷直膨型空调机组，且为保证机房整体节能效果均需采用变频技术。UPS 配电间采用2 台风冷直膨空调机组，上送风，下回风，室外机放在屋面。ECC后台设备间采用1 台2HP 风冷直膨空调机组。新风机组采用水环热泵新风冷直膨式新风机组，新风自带冷热源，新风机配置变频压缩机和变频风机，具有进风段、粗效、中效、亚高效过滤段，气相化学过滤段（过滤目标为颗粒物、硫化物、氮化物、氯化物等酸性及盐类腐蚀性气体）以及加热段、表冷段、湿膜加湿段、压缩机段、风机段等。

直膨风冷空调、模块化主机、高度集成，V型冷凝器外机（图4），一对二的设置（图5），冷媒管超过40 米增加延长组件，空调外机基础钢构架高，增加底部进风率，外机设置智能水喷雾装置，防止夏季高温报警。

图5 一对二设置

实践证明，直膨空调系统是金融数据中心的典型应用场景之一。直膨空调系统可以提供高效的冷却，确保数据中心中的服务器运行在安全的温度范围内。它能够有效地降低能耗，减少运营成本，并提高整体效率。但直膨空调系统也面临一些挑战，如数据中心往往需要在各个区域保持恒定的温度和湿度，而直膨空调系统可能需要更多的技术和设备来实现这一点。此外，直膨空调系统的维护和运行成本可能较高，需要专业的技术支持和定期维护。

5 结束语

随着信息化技术的发展和应用，金融数据中心机房的规模和需求不断增加，对机房温度控制和配电系统的要求也越来越高。而直膨空调配电系统作为一种高效节能、稳定可靠的空调和配电方案，具有广阔的应用前景，特别适合应用于金融数据中心机房。

未来直膨空调配电系统的研究方向和重点主要包括高效节能技术、智能化技术、多元化的应用场景和安全保障技术等方面，将为机房温度控制和配电系统的发展提供更加优质的技术支持和服务。