導(dǎo)語

數(shù)據(jù)中心是匯聚多元數(shù)據(jù)資源、運(yùn)用綠色低碳技術(shù)、提供高效算力服務(wù)、賦能千行百業(yè)應(yīng)用、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展、助力城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施。2023年，本市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）用電量已占全市用電量的2.5%，對可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。

為貫徹落實(shí)《上海市加快推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型行動(dòng)方案（2024—2027年）》要求，上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)多措并舉持續(xù)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心用能管理和能效提升，指導(dǎo)企業(yè)加速數(shù)據(jù)中心綠色低碳轉(zhuǎn)型，涌現(xiàn)了不少優(yōu)秀案例，涵蓋余熱利用、可再生能源、峰谷蓄電、錯(cuò)峰蓄冷、液冷和間接蒸發(fā)冷卻等方面，助力互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

優(yōu)刻得青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心

間接蒸發(fā)冷卻

一、基本情況

優(yōu)刻得青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心位于青浦工業(yè)園區(qū)南厙江路130號(hào)，總建筑面積54380平方米，設(shè)置5棟數(shù)據(jù)中心樓（模組）、1棟獨(dú)立辦公樓及1棟110kV/10kV自建變電站。項(xiàng)目規(guī)劃6kW標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架共計(jì)5000架，以模組化為核心，滿足靈活分期建設(shè)需求，以1000架/模組的顆粒度進(jìn)行劃分，各個(gè)模組間基礎(chǔ)設(shè)施相互獨(dú)立，可以以模組為單位考核PUE、WUE等技術(shù)指標(biāo)。運(yùn)維、辦公等配套設(shè)施設(shè)置在獨(dú)立區(qū)域，相關(guān)能耗與模組相互獨(dú)立計(jì)量。

數(shù)據(jù)中心效果圖

A棟數(shù)據(jù)中心樓于2023年初投入運(yùn)行，并獲得了中國質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）的數(shù)據(jù)中心場地基礎(chǔ)設(shè)施認(rèn)證證書（增強(qiáng)級）。本項(xiàng)目的服務(wù)對象包括兩部分，一是公司自用，二是服務(wù)企業(yè)。公司自用部分主要用于公有云計(jì)算、長三角數(shù)據(jù)流通平臺(tái)、新一代人工智能服務(wù)平臺(tái)、多媒體云平臺(tái)四大業(yè)務(wù)；服務(wù)企業(yè)部分將重點(diǎn)服務(wù)芯片、人工智能、智能化物流、云計(jì)算行業(yè)的企業(yè)。

數(shù)據(jù)中心布局圖

二、關(guān)鍵指標(biāo)

A棟數(shù)據(jù)中心樓頂層2個(gè)機(jī)房采用間接蒸發(fā)冷卻，每個(gè)機(jī)房制冷量1200kW，合計(jì)2400kW。

三、技術(shù)介紹

（一）技術(shù)原理

1.常規(guī)型間接蒸發(fā)冷卻。間接蒸發(fā)冷卻，是利用外界空氣的顯熱及噴淋水的潛熱通過空-空換熱器對機(jī)房空氣進(jìn)行冷卻。間接蒸發(fā)冷卻之所以節(jié)能，是因?yàn)樗浞掷昧送饨绛h(huán)境的冷量（自然冷源）來對機(jī)房進(jìn)行冷卻，減少了制冷空調(diào)系統(tǒng)能耗。間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組各運(yùn)行工況介紹如下：

（1）干工況。當(dāng)外界環(huán)境溫度低于機(jī)房設(shè)定時(shí)，室外空氣和室內(nèi)空氣通過空-空換熱器進(jìn)行熱交換。整個(gè)過程不需要機(jī)械制冷，只有驅(qū)動(dòng)氣體流動(dòng)的風(fēng)機(jī)能耗。

干工況運(yùn)行模式示意圖

（2）濕工況。隨著外界環(huán)境溫度升高，干工況無法達(dá)到機(jī)房設(shè)定溫度，在空-空換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換的同時(shí)在室外空氣一側(cè)進(jìn)行水噴淋，利用水的汽化潛熱進(jìn)一步對室內(nèi)空氣冷卻，亦即“間接蒸發(fā)”名稱的由來。整個(gè)過程不需要機(jī)械制冷，只有驅(qū)動(dòng)氣體流動(dòng)的風(fēng)機(jī)能耗和提供噴淋水的泵能耗。

濕工況運(yùn)行模式示意圖

（3）混合工況。隨著外界環(huán)境溫度繼續(xù)升高，濕工況亦無法達(dá)到機(jī)房設(shè)定溫度，則在空-空換熱器后增設(shè)冷卻盤管，將室內(nèi)空氣進(jìn)一步冷卻，達(dá)到要求后送入機(jī)房。該工況最大限度地利用自然冷源的同時(shí)，機(jī)械制冷作為補(bǔ)充冷源。

混合工況運(yùn)行模式示意圖

2.露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻。優(yōu)刻得專利產(chǎn)品——露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組在常規(guī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，在室外側(cè)進(jìn)風(fēng)口增設(shè)了表冷器。循環(huán)噴淋水先流經(jīng)表冷器，然后通過噴淋裝置均勻流入空-空換熱器的濕通道，最后流回集水箱；室外新風(fēng)先流經(jīng)表冷器，然后進(jìn)入空-空換熱器的濕通道與機(jī)房回風(fēng)熱交換，最后排出。根據(jù)噴淋水的溫度不同，系統(tǒng)重構(gòu)后的理論送風(fēng)溫度可達(dá)室外新風(fēng)露點(diǎn)溫度。

露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻工作原理示意圖

露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的熱濕處理過程為：室外新風(fēng)（O）在表冷器內(nèi)等濕降溫至循環(huán)噴淋水（W）的溫度（A）；在空-空換熱器的濕通道中，室外新風(fēng)（A）與噴淋水（W）混合，等焓加濕，溫度降低至濕球溫度（B）；機(jī)房回風(fēng)（R）被等濕冷卻后送至機(jī)房（S）。

露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻熱濕過程焓濕圖

露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻相對于常規(guī)型的優(yōu)勢如下：

（1）優(yōu)化換熱流程，制冷效率更高，可使送風(fēng)溫度逼近室外露點(diǎn)溫度，降低機(jī)械補(bǔ)冷的運(yùn)行時(shí)長；

（2）優(yōu)化運(yùn)行邏輯，充分利用濕工況的高換熱效率，降低干模式運(yùn)行時(shí)長，進(jìn)而降低輸配能耗。

常規(guī)型與露點(diǎn)型間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組運(yùn)行模式比較

（二）主要做法

1.冷源形式。園區(qū)的每棟數(shù)據(jù)中心樓（模組）均設(shè)置獨(dú)立冷源，包含兩類空調(diào)系統(tǒng)：二層和三層IT機(jī)房、全部配電間均采用傳統(tǒng)水冷式冷凍水系統(tǒng)，由高效離心機(jī)組+板式換熱器+冷卻塔組成；四層（頂層）IT機(jī)房采用間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組，分常規(guī)型和露點(diǎn)型兩種，當(dāng)室外高溫高濕環(huán)境時(shí)，用上述冷凍水系統(tǒng)為間接蒸發(fā)機(jī)組補(bǔ)冷，間接蒸發(fā)機(jī)組設(shè)置于屋面。每臺(tái)間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的制冷量為240kW，室內(nèi)風(fēng)量60000m3/h，室外風(fēng)量62000m3/h，每個(gè)機(jī)房設(shè)置6臺(tái)（5用1備）。

間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組布置現(xiàn)場

2、機(jī)房氣流組織。IT機(jī)房設(shè)置獨(dú)立空調(diào)間，其中二、三層IT機(jī)房末端采用冷凍水型房間級精密空調(diào)，冷風(fēng)經(jīng)靜壓箱百葉彌漫送至機(jī)房內(nèi)，熱通道封閉與吊頂連通，熱風(fēng)由吊頂回至空調(diào)；四層IT機(jī)房采用間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組，機(jī)組放置于屋頂，不占用室外空間，建筑設(shè)置送、回風(fēng)井，機(jī)組產(chǎn)生的冷風(fēng)沿送風(fēng)井至靜壓箱，通過隔墻上的百葉彌散送風(fēng)至機(jī)房內(nèi)，熱通道封閉與吊頂連通，吊頂與回風(fēng)井連接，熱風(fēng)通過上述通道回至機(jī)組內(nèi)，反復(fù)循環(huán)。

3、運(yùn)行模式。冷凍水型間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組根據(jù)室外氣象條件在干模式、濕模式、混合模式之間自動(dòng)切換運(yùn)行，最大限度利用自然冷源，降低系統(tǒng)能耗?；谏虾５臍庀髤?shù)統(tǒng)計(jì)，常規(guī)型機(jī)組一年中66.1%的時(shí)間（5794小時(shí)）可以完全利用自然冷源，其中50.8%的時(shí)間（4453小時(shí)）為干模式運(yùn)行，只開啟室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)機(jī)，噴淋泵和冷水盤管不開啟；15.3%的時(shí)間（1341小時(shí)）為濕模式運(yùn)行，此時(shí)只開啟室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)和噴淋泵，冷水盤管不開啟；33.9%的時(shí)間（2966小時(shí)）為混合模式運(yùn)行，開啟室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、噴淋泵和冷水盤管。而露點(diǎn)型機(jī)組通過優(yōu)化換熱流程，使送風(fēng)溫度趨近室外空氣露點(diǎn)溫度，降低機(jī)械補(bǔ)冷的運(yùn)行時(shí)長，且通過優(yōu)化運(yùn)行邏輯，充分利用濕工況的高換熱效率，降低干模式運(yùn)行時(shí)長，進(jìn)而降低輸配能耗，可將完全自然冷卻時(shí)長提升至73.4%（6427小時(shí)），其中干模式占比17.4%（1525小時(shí)），濕模式占比56.0%（4902小時(shí)）。兩種間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組各模式運(yùn)行時(shí)長對比如下圖所示：

兩種間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組各模式運(yùn)行時(shí)長對比

四、適用范圍

間接蒸發(fā)冷卻在全年時(shí)段充分利用了自然冷源，能效水平高，特別適用于新建且有充足空間的大平層場合。隨著碳達(dá)峰碳中和工作的持續(xù)推進(jìn)，數(shù)據(jù)中心綠色低碳水平也在不斷提高，《上海市數(shù)據(jù)中心建設(shè)導(dǎo)則（2021版）》以及DB31 652—2020《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》要求新建數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目CPUE不超過1.3，《上海市推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模設(shè)備更新和創(chuàng)新產(chǎn)品擴(kuò)大應(yīng)用的專項(xiàng)行動(dòng)》（滬經(jīng)信技〔2024〕355號(hào)）進(jìn)一步要求PUE不高于1.25。間接蒸發(fā)冷卻與常規(guī)水冷冷水機(jī)組為冷源的制冷系統(tǒng)組合，在上海市近年的數(shù)個(gè)新建數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中已有應(yīng)用，既解決了間接蒸發(fā)冷卻對于場地空間的要求，又提高了常規(guī)制冷系統(tǒng)的能效指標(biāo)，是一個(gè)創(chuàng)新有益的探索。