数据中心机房热管空调系统节能改造案例分析

田彩霞

（广东省建科建筑设计院有限公司，广州，510500）

随着我国“双碳”目标的明确，各行各业纷纷寻求绿色发展之路，伴随通信、互联网等信息时代高速发展，各大运营商数据中心机房制冷系统带来的二氧化碳排放量也逐年增加，寻求绿色低碳的运营方式，势在必行［1］。传统老旧数据机房采用风冷精密空调进行制冷，其能效比较低，导致机房的空调运行能耗较高，且存在局部热点现象，本文对长沙市某传统老旧数据中心机房制冷系统进行改造，应用冷水机组+热管空调节能技术，年均可节能30 % 左右［2］，还可消除噪音影响，提升机房安全和能源利用效率，降低碳排放，确保实现“双碳”目标。

1 技术改造方案

1.1 冷热源系统改造方案

综合考虑机房现有设备分布情况、机房面积、建筑布局及项目所在地气候等因素，本项目采用新增一套冷水机组+热管空调末端的制冷系统改造方案，系统包括冷源设备、冷量分配单元（CDU）和热管空调末端。经现场勘察，原机房风冷精密空调装机容量为1,214 kW，根据IT设备现场实测功耗、原机房风冷精密空调实际使用负荷以及机房负荷情况，改造方案拟选用二台制冷量为600kW的一体化冷冻站，改造空调系统与现有空调系统相互独立，空调系统实现N+N冗余备份，从而保证施工过程中不影响现有系统正常运行。冷源设备采用双冷源，如图1（a）所示，在夏季及过渡季节，利用水冷冷水机组提供冷冻水（14 ℃）输送到CDU，为数据中心机房热管空调量为600 kW的一体化冷冻站，改造空调系统与现提供冷源；在冬季及过渡季节，实施冷却塔自然冷却运行策略，此时水冷冷水机组不启动仅依靠冷却水塔制取的12 ℃冷却水通过板式换热器换热，提供14 ℃冷冻水，如图1（b）所示［5］

图1（a） 水冷冷水机组运行

1.2 冷冻水管网改造方案

冷冻水经天面一体化冷冻站送出，由屋顶走立管去往2～5层室外机设备平台，再由立管接出水平管到每层的CDU，水平管布置为环网形式。

1.3 空调末端改造方案

数据中心机房改造方案的室内空调末端采用热管空调，热管空调吊装在机柜通道内，优化气流组织，避免局部热点。

2 改造后经济性分析

2.1 改造前后主要设备配置

通过对改造前后制冷系统的空调系统能耗进行对比分析，评估改造节能效果。改造前原空调方案采用8台风冷精密空调机组，单台机组制冷量为154 kW，功率为56.5 kW，改造后采用一体化冷冻站+热管空调系统，单台一体化冷冻站制冷量为600 kW，制冷功率为130 kW。

2.2 改造前后空调系统能耗计算

数据中心机房主要冷负荷来源于机柜散热，常年稳定的负荷需求，原方案的8台风冷精密空调机组可按365天24小时运行考虑，改造后的一体化冷冻站+热管空调系统可按两种工况运行，夏季开启制冷主机，一体化冷冻站运行功率按130 kW计算，在冬季及过渡季节时，当室外湿球温度低于6 ℃时，开启冷却塔自然冷却运行模式，此时水冷冷水机组不启动，一体化冷冻站运行功率为30 kW，长沙市可利用冷却塔自然冷却时间为120天，改造前后数据中心机房空调系统能耗结果如表1、2所示。

表1 改造前空调系统能耗计算

表2 改造后空调系统能耗计算

经计算，改造后的一体化冷冻站+热管空调系统相较于原来的风冷精密空调系统，每年节省电量137.67万kW•h，按0.73元/度电换算为节省电费，约100.49万元，节能率高达40.5 %。

2.3 节能效率验证

为了验证理论计算误差，对改造前后的空调系统进行实测，结合数据对比分析节能率，如表3所示。

表3 测试数据对比

3 结论

通过对数据机房制冷系统节能改造案例分析，将冷水机组+热管空调节能技术应用到传统老旧数据中心机房场景，提升机房安全和能源利用效率，节能量显著，值得借鉴及推广。

可针对信息通信行业多个数据中心机房场景进行合理配置、设计、改造，安全、稳定、高效的解决传统老旧机房空间场地有限、机房噪声大，局部热点、改造困难等难题。