新风直接引入式数据中心空调辅助系统研究

摘要

我国能源形势十分严峻，节能减排已成为我国的一个基本国策，是我国长期的重要战略任务。随着信息系统应用的发展与普及，数据中心的数量和规模正在高速发展，所耗电能是一个十分庞大的数目。数据中心内部的设备发热量大，且全年几乎不间断向外部排热，为确保机房设备的稳定可靠运行，空调系统需要全年不间断运行。空调系统成为数据中心机房的主要耗电设备，其能耗占数据中心总能耗的比例近40％。降低空调系统能耗不仅能给国家的节能减排作出贡献，对节省数据中心运作费用也有着重大意义。因此，采取有效措施降低数据中心空调系统能耗，是一个值得关注和研究的课题。 新风直接引入空调系统主要应用于冬季及过渡季节，利用室外低温的自然空气作为数据中心的冷却能源，当机房室外空气温度低于某个设定值时，通过开启送风装置，将室外冷风经空气过滤装置处理后直接或者与回风混合后送入机房，从而降低机房内空气温度。新风直接引入空调系统的应用不仅可以减少数据中心机房内空调设备的运行时间，节约电能，大大延长空调压缩机的使用寿命，降低企业的运营成本，并可以减少空调设备故障的发生率，节约维护成本。 本文建立了一个典型的数据中心模型建筑，并以北京地区为例，首先对其进行常规空调系统设计并对其系统能耗进行估算，然后采用建筑空调负荷模拟软件DeST对其建筑全年空调冷负荷及新风直接引入式空调系统的能耗进行模拟分析，确定了新风直接引入式空调系统的运行方案。新风直接引入式系统的应用过程中，新风过滤是个十分值得关注的问题。本文着重对空气过滤器的性能进行了分析，并运用流体力学仿真软件FLUENT模拟的方法对高效过滤器的阻力性能进行数值模拟，并初略地计算了各级过滤器的使用寿命。最后通过新风直接引入式空调系统方案与常规空调系统方案的能耗对比分析，论述了应用新风直接引入式空调辅助系统的经济性与可行性，为数据中心应用新风直接引入式空调系统的节能改造提供参考和依据。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 数据中心现状

2．1 数据中心定义

2．2 数据中心分类

2．2．1 按国际标准分类

2．2．2 按国内标准分类

2．2．3 按机房规模分类

2．3 数据中心建筑设计

2．3．1 数据中心设计的依据和标准

2．3．2 数据中心环境要求标准

2．3．3 一般数据中心建筑构成及特点

2．4 数据中心能耗现状

2．4．1 数据中心能耗分布

2．4．2 数据中心能效指标

2．5 数据中心应用自然冷源技术

2．5．1 新风的不同引入方式

2．6 本章小结

第3章 机房常规空调系统设计

3．1 模型建筑的建立

3．2 数据中心机房设备布局规划

3．3 机房空调负荷计算

3．3．1 室外设计参数

3．3．2 机房室内设计参数

3．3．3 机房空调冷负荷的计算

3．4 送风量的计算

3．5 数据中心空调系统

3．5．1 机房环境参数对空调系统的要求

3．5．2 数据中心空调形式对比

3．5．3 机房专用空调系统形式

3．6 机房常规空调系统方案的确定

3．6．1 设备选型

3．6．2 气流组织设计

3．7 本章小结

第4章 新风直接引入式空调系统

4．1 新风直接引入式空调系统简介

4．1．1 基本原理

4．1．2 主要特点和优势

4．1．3 注意事项及存在的问题

4．2 空调全年逐时动态冷负荷模拟计算

4．2．1 DeST软件的简介

4．2．2 模拟步骤

4．2．3 模拟结果与分析

4．3 送风温度确定

4．4 新风直接引入式空调系统设计

4．4．1 机房新风直接式引入空调系统

4．4．2 设计选型要点

4．5 新风直接引入式空调系统运行方案确定

4．6 应用新风直接引入式空调系统的潜力分析

4．7 本章小结

第5章 空气过滤器

5．1 空气过滤器简介

5．2 新风直接引入式系统过滤器的选配

5．3 高效空气过滤器的数值模拟

5．3．1 过滤器模拟现状

5．3．2 空气过滤器阻力的经验模型

5．3．3 计算流体力学简介

5．3．4 控制方程

5．3．5 高效空气过滤器的数值模拟过程

5．3．6 模拟结果分析

5．4 风道系统阻力分析

5．5 新风直接引入式系统风机选型确定

5．6 过滤器使用寿命计算

5．7 本章小结

第6章 经济性分析

6．1 新风直接引入式空调系统方案能耗分析

6．2 常规空调系统方案与新风直接引入式空调系统方案能耗对比分析

6．3 本章小结

第7章 实例分析

7．1 数据中心实例简介

7．2 数据中心空调系统

7．2．1 数据中心机房环境指标

7．2．2 数据中心机房空调设备

7．3 改造的必要性和可行性

7．4 新风直接引入式系统设计计算及选型

7．4．1 送风量确定

7．4．2 设备选型

7．5 经济性分析

7．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

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