京东数据中心主要基础设施系统(二)

10.1.1. 空调制冷系统

1.气候环境

从建筑热工角度讲，宿迁市处于我国寒冷地区与夏热冬冷地区的分区交界处，严格来说仍属于寒冷地区，如图10.2.1-22中所示。

图10.2.1-22 宿迁市热工气候分区

当地气候适中，水资源丰富，属于暖温带季风气候区，年均气温14.2℃，四季分明，初霜期一般在10月下旬。相对于严寒地区，室外设备被冻结故障的可能性较小；相对于夏热冬暖地区及更热地区，可利用的室外自然冷源又比较充足，属于较适宜的数据中心建设气候区域。

表10.2.1-23 宿迁市日干球温度统计

表10.2.1-24 宿迁市全年各级干球温度频数

表10.2.1-24为宿迁市全年各级干球温度的分布情况，可以看出，宿迁的大部分时间温度都在-5~35℃之间，空调制冷设备大部分运行时间内工况稳定。

由表10.2.1-25中可以看出，宿迁市全年相湿度都在50~70度之间，全年春秋两季的湿度处理工作量较小，只是在炎热的夏季除湿量会相对较大。

2.系统说明

京东云华东数据中心1#模块的整体设计冷负荷为7427KW，制冷采用水冷式冷水系统。整个空调制冷系统由冷源系统、管路系统、末端空调系统和辅助系统等构成。数据中心专门设置了制冷机房，主要制冷设备放在室内。系统的主要流程图如图10.2.1-26所示。

图10.2.1-26 主要流程示意图

冷冻水系统的设计供回水温度为10~16℃，主要设备采用N+1冗余配备，保证系统不会由于某一设备故障而受到影响；整个水系统管路均采用环状管路，设备之间设置双阀门，保障系统可用性；并设置有在线式蓄冷罐，可以无间断的为系统提供15min备用冷源。空调制冷系统的整体设计满足并高于Uptime Tier Ⅲ级别的要求。同时设置了以板式换热器为主的自然冷却系统。经测算，全年可运行自然冷却的时间不少于4个月。

3.冷源系统

京东云华东数据中心的制冷设备采用4台2461KW（700RT）水冷离心式冷水机组，3+1配备。压缩机形式为三级离心式，如第4章中所述，三级压缩有转速低、运行平稳、低负荷工况好的特点，加大了机组的制冷量调节范围，可调范围为10~100%；机组在美国ARI－575标准下测试，噪声一般为78-83dBA左右。

图10.2.1-27 三级压缩机及封闭式电机

机头采用直接传动的封闭式压缩机和电机组成，没有增速传动装置和连接装置，整机只有一个运转部件，即电机/压缩机叶轮，以低速运行，仅2950转/分，提高了机械设备运行的可靠性；电动机转子和定子浸在液态冷媒中，改善电动机的工作环境，防止电机因过热而出现故障，而且不会向冷冻机房内散热。压缩机采轴承用5级航空轴承，寿命可达20万小时，而且具有良好的润滑环境。

直接传动的压缩机没有齿轮传动损失。根据经验数据，齿轮传动损失在全负荷时大约占机组总耗能量的3～5％。在部分负荷时，齿轮传动损失的百分比会进一步增大。所以本项目采用的三级离心式冷水机组机械传动效率较高。

同时，在三级压缩的过程中设置两级节能器，与不带经济器的冷水机组相比，相同制冷工况下节电约8-10%。

图10.2.1-28 三级压缩中两级节能器

机组采用R123制冷剂，是替代冷媒中效率最高的一种，其理论制冷循环效率为7.44。由于R123的物理特性，机组处于负压运行状态，运行时不会有冷媒泄漏的风险，汇漏量仅为正压冷媒的1/15。此外，机组还自带新型高效的抽排气装置来防止空气进入压缩循环。

机组还具有良好的自适应控制功能。机载控制器不但可以根据冷水机组出水温度变化调节机组负荷，而且还能根据冷水机组进水温度的变化来预测空调负荷变化对出水温度的影响。因此冷水机组允许流量变化率较大，能达到每分钟30%的变化率；同时还能扩充蒸发器水侧的压差补偿，这样冷水机组的允许流量变化率可以到达每分钟50%。流量补偿控制可在大流量时控制水温波动，在最小流量时精确控制水温。参见图10.2.1-29，蒸发器流量突然变化时出水温度的变化情况。

图10.2.1-29 机组的前馈控制和变流量补偿性能

总体上而言，此机组具有良好的工作表现情况，根据AHRI条件对机组进行测试，可以得出机组在部分工程时运行效率曲线，在负荷50%左右时，其制冷效率低于0.45kW/ton,即COP可达7.8左右，表现良好。参见图10.2.1-30中所示。

图10.2.1-30 AHRI条件下部分负荷时机组效率

4.管路系统

空调冷冻水系统设计采用两级环状管网，一级环状管网覆盖整个建筑模块，为主要环路，各节点之间成对设置阀门，当模块内送（回）水主管出现渗漏等故障时，可关闭该处送（回）主管上就近两个蝶阀，末端依靠另一路供回水管路仍能正常运行；二级环状管网分别覆盖各精密空调间，为次级环路，各节点之间成对设置阀门。各精密空调支管与对应的次要环路连接。主、次级环路的设置一来可以减少主环路上的连接支路，当某个机房暂不投入使用时，方便整体退出主环路循环；二来可以减少主环路上的大阀门，节省投资。冷冻水供、回水管路分别用蓝色和绿色表示，冷却水供、回水管路分别用黄色和红色表示，方便运行维护人员快速的对管路进行分辨。

图10.2.1-31a 管路的环路和双阀设计

图10.2.1-31b 管路的环路和双阀设计

冷水机房内设置4个承压式圆柱形蓄冷罐，材质为压力容器专用钢材，标号为Q345R，在冷水机组停机时可以保证15分钟不间断制冷。每个蓄冷罐布水器的效果保证80%以上的蓄冷效率；布水器设计的弗劳德数<1，这样可以保证蓄冷罐在竖直方向上的温度分层；水罐出口雷诺数<2000，可降低水流对斜温层的干扰。罐体按照蓄冷温度设置保温层，日总热损失率在最热月24小时内温升不高于0.2℃。蓄冷罐是“串联”在冷冻水系统中的，可以实现无间断供冷。

冷冻侧采用一次泵变频系统，系统投资小，管路简单。而且冷水机组和水泵之间都是通过环路连接，故二者的不必一一对应，台数的变化和启停可分别独立控制。机组可根据末端负荷的变化，调节负荷侧和冷水机组蒸发器侧的流量，从而最大限度地降低变频水泵的能耗。同时，也能够在冷凝侧工况较好时，利用高流量水来获得更多冷量。

图10.2.1-32 冷水机房实景

冷却塔设备置于数据中心屋面，为多模块组合单元，按需启停，运行方式更灵活。为保证供水可靠性，冷却水蓄水箱可提供持续8小时的补水水源。

图10.2.1-33 屋面冷却塔实景图10.2.1-34 冷却水备用补水箱实景

5.冷源控制系统

为了使自控系统与设备有更好的匹配性，本项目中的冷源控制系统由冷水机组厂家完成，提供与机组相适应的控制器和软件。监控系统由UPS和市电双路供电，保障运行安全性。

系统架构如图所示，系统网络结构模式为分布式控制，由管理层网络和监控层网络组成。

图10.2.1-35 厂家冷源控制系统基本架构

系统可以实现的基本功能有：

定制日程表
能允许多位操作人员同时操作此系统，且能让多个操作人员读取系统资料
追踪记录，报警记录
管理报告和日程报告
动态及交互式的3D图形界面
直接数字控制和用户编程
区域控制和显示
冷水机组系统控制，负荷限制，启/停优化
开放的通讯协议，将系统控制传输到动力环境监控系统中

图10.2.1-36 厂家冷源控制系统界面

6.空调末端系统

主机房内架空地板高度为1.2米，较高的架空层有利于空气静压的形成，使通风地板的出口风速平稳。同时也为地下保温层和管线的维护提供了较大的空间。对于不同负荷的机柜，可调整通风地板的开孔面积分配冷量。机柜采用冷通道封闭的形式，空调送风冷却效率更高。

每个机房模块配有独立的直膨式新风机组，室外新风经初效和中效过滤，并经冷却处理后送入房间，保证机房正压，同时满足人员需求。

主机房、变配电室、电池室、UPS配电室等均采用水冷式精密空调，采用N+1配置方式。精密空调全部采用“UPS+市电”双路供电，UPS电源为主用；同时为避免大量空调同时启动对电网造成冲击，空调采取了延时策略，即隔2秒启动下一台。

本项目所选用的精密空调改进了一些有利于节能的设计，体现在以下方面：

空调EC风机叶轮采用航空级新型工程复合材料，质量更轻，强度更高，新一代的航空级EC 节能风机比传统EC风机节能25 ％；
通过控制器根据实际冷负荷以比例设定送风量，满足外部变化的冷负荷，降低风机消耗功率进一步节能；
优化气流通道，扩大回风过滤器面积和加深度从而减小内部压降，降低风机耗功节能；
机组独特新型超大面积换热器，将风机模块安装在架空地板下更的利用机组的内部空间，换热器面积占据整个机组1980mm高度与整个宽度，而515mm 高的下沉式风机安装在架空地板以下。
精密空调内置电极式加湿器，具有水处理系统，自动检测加湿罐中的杂质含量并清除，减少了氧化结垢现象。

图10.2.1-37 水冷型精密空调

图10.2.1-38 空调间实景

7.自然冷却

如图10.3-2所示，为充分利用冬季室外天然冷源进行自然冷却，冷冻水系统设置水-水不锈钢板式换热器，与冷水机组并联。

尽管系统设计冷冻水供水温度为10℃，实际运行中还可以提高水温，来提高系统运行整体效率并延长自然冷却时间。实际运行中，冷冻水系统可在室外日平均湿球温度持续5天以上低于10度时，切换到自然冷却系统使用，日平均湿球温度持续5天以上高于10度时，开始退出。全年可大致分为免费制冷季和常规制冷季，免费制冷季不少于4个月，具体根据当年天气情况决定。

图10.2.1-39 板式换热器实景

10.1.1. 京东云数据中心装饰装修效果展示

1）主机房采用C型钢联合吊架+铝合金条形板的吊顶形式

1）配电区域采用瓦楞板下无吊顶板形式

1）公共走廊区域采用深灰色瓦楞彩钢板的吊顶形式

4）主机房与精密空调间的隔断墙一

5）主机房与精密空调间的隔断墙二

6）主机房硫酸钙架空地板

7）微模块机房环氧自流平地面