某数据中心屋面间接蒸发高效集成冷站案例分析

陆翔王占军等 2026-09-20 12:06 北京

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邮电设计技术

这是一个资源型公号，您可以在这里淘到大量原创技术资料。《邮电设计技术》1958年成立，1974年复刊，是中国通信领域成立较早的期刊之一。刊号：CN10-1043/TN，邮发代号：36-176。

摘要

随着大数据及智算时代的到来，数据中心机柜功率密度不断增大，能耗问题愈加突出。而国家双碳及东数西算等政策的落地实施，对国家数据中心集群的能耗提出了更高的要求。在华南地区高温高湿的气候下，如何降低数据中心空调系统的能耗，使数据中心电能利用效率（PUE）小于1.25是工程实践中的痛点和难点。间接蒸发高效集成冷站是一种空调系统的节能新技术，但目前缺少大型项目的实际应用案例。某数据中心首次大规模应用间接蒸发高效集成冷站，积累了大量的实践经验，并为该技术后期的大规模应用提供了参考。

前言

随着互联网全面进入5G时代和智算时代，新基建、“双碳”等政策的落地实施和“东数西算”工程的全面启动，海量的数据信息及训推需求推动着数据中心行业的蓬勃发展。但同时，越来越多的高密机柜使数据中心逐渐成为超高能耗产业，在保证机房安全运行的前提下，如何节能减排已成为当代数据中心发展的重点。在“双碳”目标的引导和要求下，“东数西算”工程要求张家口、韶关、长三角、芜湖、天府、重庆数据中心集群的PUE控制在1.25以下，韶关作为其中最靠南的数据中心集群，高温高湿的恶劣气候使其利用自然冷源的时长大幅缩短^［1］，传统的空调方案很难满足PUE小于1.25的要求。现已出现的液冷技术的节能优势明显，但受限于多方因素，目前其应用程度不高，集中式水冷空调系统仍是目前大中型数据中心的主流制冷方案。在当前情况下，如何实现空调系统的高效节能，满足PUE小于1.25的要求仍然是工程实践中的痛点和难点。

间接蒸发高效集成冷站作为一种新型的空调系统节能技术，是从冷源系统整体的节能性进行考虑，而不仅仅是考虑设备自身的能效。间接蒸发高效集成冷站可作为数据中心有效的节能手段，同时还可适配数据中心业务分批上架的特性，但目前仍缺少大型项目的实际应用案例。本文通过分析某数据中心首次大规模应用间接蒸发高效集成冷站的案例，总结了相关实践经验，可为未来该技术的应用推广提供参考。

Part.1

项目概况

本项目是粤港澳大湾区全国一体化算力网络国家枢纽节点的重点国家集群项目。园区占地约100亩，规划1栋网管楼、4栋数据中心、4栋动力中心，总建筑面积约12.4万m²。其中，数据中心1～4为高层丙类厂房，层数为6层，每栋面积为24500m²；动力中心1～2为多层丙类厂房，地下1层，地上3层，每栋面积约为4000m²；动力中心3~4为多层丙类厂房，地上3层，每栋面积约为3000m²。该数据中心集群项目效果图如图1所示。

图1 某数据中心集群项目效果图

本项目按照国标《数据中心设计规范》（GB50174-2017）中的A级标准进行建设，设计PUE小于1.25。首期仅数据中心1及配套动力中心1投产，启用3428个机柜，平均机柜功率为6.57kW，其他数据中心及动力中心均为大空间土建预留。

Part.2

空调方案分析

该地区大型数据中心通常采用水冷集中式空调系统，空调系统能耗包括冷源系统能耗和末端空调能耗，其中冷源系统能耗占60%以上，是节能的重点关注对象。冷源系统主要包括冷机、水泵、冷塔、冷冻冷却水管网和空调自控系统等。传统空调方案往往更加关注设备自身的能效，如冷机采用国标一级能效等，但为了实现数据中心空调系统的极致节能，更需要从冷源系统整体的节能性进行考虑，仅仅依靠设备自身的节能，无法实现系统整体最优。

2.1

空调冷源分析

在传统的水冷空调系统冷源方案中，通常会分开采购冷机、水泵、冷塔和空调自控系统，再由施工方进行安装和初步调试，安装质量受施工方和厂家的经验水平及施工现场条件的限制，整个系统的运行效果难以保证。间接蒸发高效集成冷站作为一种预制化、标准化的节能新产品，将传统冷源设备进行了高效整合，即将冷水机组、间接蒸发冷却塔、冷冻水及冷却水输配系统、板式换热器、动力配电系统、控制系统等高度集成为一体，工厂预制化，现场直接组装，实现冷源系统的高效化、集成化和最简化，保证系统的运行效果，提升系统的整体节能性^［2-3］。间接蒸发高效集成冷站整体架构示意如图2所示。

图2 间接蒸发高效集成冷站整体架构示意

因此，本项目的空调系统采用间接蒸发高效集成冷站方案。根据数据中心1单栋建筑空调冷负荷较大的特点，按照经济合理、易于管理的原则，将数据中心1总冷负荷分为双系统，其中1层、2层、6层为A系统，3层、4层、5层为B系统。在机房楼6层屋面共设置11套独立的间接蒸发制冷高效集成冷站，承担本栋机房楼的冷负荷，其中系统A设置5套，系统B设置6套。系统A集成冷站主要设备参数如表1所示。

表1 空调水系统A集成冷站主要设备表（1、2、6层用）

注：空调水系统B集成冷站主要设备（3、4、5层用）参数与系统A均相同，5用1备

2.2

节能性分析

间接蒸发高效集成冷站的核心优势如下。

a）集成冷站的核心是节能控制系统。节能控制系统主要根据设备的选型、制冷站空间布局及业主的相应需求，对控制系统的软硬件结构和功能进行深化设计。在集成冷站各机电模块中嵌入“智能节点”，使各类机电设备升级为“智能机电设备”，解决实用性和通用性问题，使整个系统可快速部署、敏捷开发。控制系统对集成冷站内的各设备进行关联控制，提高制冷站的整体性能。利用系统集成技术，对不同的设备进行合理匹配，使各设备协同运行，既能够提高制冷站的整体效率，还可以充分发挥各设备的性能。

b）选用高能效冷水机组及冷塔，降低输配系统能耗（即降低水泵扬程和流量），同时采用合理的节能控制措施，进一步提升系统的能效等级。如采用三维仿真技术对制冷站空间结构进行模拟和优化，减少管路弯头，降低局部阻力。通过优化管路，减小水泵扬程和电机配置功率，可降低冷却水泵的运行能耗，大约可降低12.5%。

采用间接蒸发高效集成冷站后，本项目的PUE计算值低至1.248，满足国家数据中心集群要求。PUE计算^［4］如表2所示。

表2 PUE计算

2.3

灵活部署、快速交付

2.3.1 匹配业务分批上架特性

本项目的间接蒸发高效集成冷站部署在屋面，充分利用了屋面大空间，单台颗粒度较小（800RT），并将数据中心总冷负荷分为双系统，后期可根据不同类型客户及业务需求进行分期建设，避免前期投资浪费，缩短投资回收期。同时，按需分期建设、小颗粒度冷机的措施可提高前期系统低负载时的运行效率，更好匹配数据中心业务分批上架的特性。

2.3.2 缩短建设周期

通过工厂预制化生产，以科学的工艺方法和严格的质量体系保证产品质量，同时避免了工程现场的交叉施工。本项目的间接蒸发高效集成冷站从生产到现场交付投产，施工周期仅需75天，较传统模式的工期缩短了30天，实现了快速交付。若土建条件已明确，可同步进行工厂生产与土建施工，进一步缩短交付工期。

Part.3

技术难点分析

间接蒸发高效集成冷站，在降低能耗、快速部署等方面效果显著。本项目根据屋面式集成冷站的特点，解决了空调系统运行中的一些技术难点。

技术难点1：当集成冷站模块和冷塔模块位于同一标高时，后期易产生水泵气蚀现象。针对该技术难点，解决措施为将冷塔模块置于冷站模块之上，在高于屋面6m处设置钢平台放置冷塔模块，冷却塔的出水管靠重力流入水泵，保证了水泵自灌吸水，有效避免了水泵气蚀现象的发生。冷塔模块、冷站模块布置方式示意如图3所示。

图3 冷塔模块、冷站模块布置方式示意

技术难点2：屋面上集成冷站设备布置范围较大，设备管线众多，如未设置合理的冷站泄水措施，将导致屋面排水不畅，同时屋面长时间积水会影响机房安全。针对该技术难点，解决措施为分区设置排水系统，避免因泄水集中导致水量过大，造成排水畅。同时，考虑到屋面的布置整洁，冷站模块泄水管道设置在机组背侧，统一集中接至给排水排污点位。

技术难点3：集成冷站布置需考虑出管与柱子的碰撞问题，统一形式的集成冷站机型不能满足实际安装需求。针对该技术难点，本项目的集成冷站采用了正常机型和镜像机型2种形式，以解决集成冷站出管与柱子碰撞问题，并满足屋面冷站接管需求。全部采用正常机型和部分采用镜像机型的平面布置对比如图4所示。