数据中心空调节能噪声解决方案探讨

 2020年9月第37卷增刊1

Telecom Power Technology

Ｓｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１

doi：10.19399/.2020.S-1.064

空调及杋房环境

数据中心空调节能噪声解决方案探讨

李辉艳，张 旭

（中国通信集团北京有限公司，北京 100000）

摘要：数据中心的使用需求与日俱增，空调能耗在数据中心的能耗中占主要地位，同时数据中心中大量空调的

使用存在噪声扰民问题。文中介绍了模块化集中式冷凝器、物理降噪以及氟泵节能模块的工作原理，将传统机房与

安装了模块化集中式冷凝器和氟泵节能模块的数据中心机房的耗电量进行了对比，为解决数据中心空调能耗高以及

噪声扰民问题提供了借鉴。

关键词：数据中心；降噪；节能；能耗

Discussion on Energy Saving Noise Solution of Air Conditioning in Data Center

LI Hui-yan，ZHANG Xu

（China Communications Group Beijing Co.，Ltd.， Beijing 100000，China）

Abstract：With the increasing demand of data center，the energy consumption of air conditioning plays a major

role in the energy consumption of data center. At the same time，a large number of air conditioners in the data center

have the problem of noise nuisance. This paper introduces the working principle of modular centralized condenser，

physical noise reduction and fluorine pump energy saving module，compares the power consumption of traditional

computer room with data center room installed with modular centralized condenser and fluorine pump energy-saving

module，which provides reference for solving the problems of high energy consumption of air conditioning and noise

disturbance in data center.

Key words：data center；noise reduction；energy conservation；energy consumption

0 引 言

而忽略了空调室外机这一重要环节。事实上，作为空

随着大数据、云计算、智慧城市、移动互联网

调的核心部件之一，室外机如果频繁出现故障，会影

和物联网等应用的快速发展，数据中心的密度越来越

响空调系统的安全运行。在室外机投产时间较长并且

高，单机柜功耗也越来越大，需要的空调制冷量及数

临近报废更新日期时，经研究可采用模块化集中式冷

量随之增多。数据中心的建设要尽可能地避免传统机

凝器对原机房空调进行节能改造，这样既改善了原有

房空调已显露出的缺点，从而达到节约能源及可持续

室外机噪声大的问题又起到了节能的效果。如图1所

发展的目的。

示为模块化集中式冷凝器。该模块化集中式风冷冷凝

目前，传统机房专用空调由于使用时间较长，

器采用高效低噪声型大风量轴流风机，扇叶尾部采用

面临的主要问题是能耗过高及噪声扰民。传统空调室

锯齿型降噪设计，使噪声值符合国家规定的二类区域

外机的摆放方式占地面积较大，缺少更多的扩展空间，

的噪声检测标准：昼间60 dB,夜间50 dB。

并且室外机摆放间距过小，导致热岛效应突出。大部

分传统机房位于市区，位置距离居民楼较近，因此室

外机产生的噪声已经严重影响附近居民的日常生活，

超出该地区国家规定的噪声标准。本文提供了两种噪

声解决方案，根据室外机投产时间的长短，出具不同

的噪声解决方案，达到降噪节能的目的。

1 解决方案

1.1 降低噪声

（1）模块化集中式冷凝器。一直以来，对于传

统机房空调节能降噪，主要关注在空调末端的控制上，

收稿日期：

2020-08-26

作者简介：

李辉艳（1991-），女，山东人，硕士，中国移

动北京公司员工，从事数据中心电源及空调维护工作。

图1 模块化集中式冷凝器

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该模块化集中式冷凝器具有以下优点：泵自然冷却节能系统的条件，此时开启压缩机进行常

a.快速拼装：采用模块化的设计理念，安装更为

高效便捷；境温度达到系统控制的设定点时，压缩机停止工作，

b.室外机集中安装，室内独自分开连接，互不

影响；与室内空气换热后直接进入风冷冷凝器与室外冷源进

c.“V”型换热器技术增加了换热面积同时减小

了50%~70%的占地面积。如图2所示，模块化集中管阻回到蒸发器继续换热，完成制冷过程。该种制冷

式室外机与传统室外机占地面积比较，从图中可见模方式不需要压缩机的参与，节省电能，从而具备节能

块化集中式冷凝器前后并排布置，占地面积较传统室的作用。

外机可节约60%；

d.实现了室外机气流组织的优化，有效缓解了

高压告警问题；

e.实现冷热风隔离，有效解决“热岛效应”问题；

f.高效换热，换热器优化可使室外机效率提升

20%~30%；

g.噪声可比传统冷凝器降低5~10分贝。

m

m

3

5

.

2

图2 集中式空调室外机与传统空调室外机摆放方式比较

（2）物理降噪。在空调室外机投产时间短，远

未达到报废更新期限，并且安装室外机的位置有充足

空间的条件下，可考虑利用物理降噪的方式进行噪声

治理。以北京某地区的噪声治理项目为例，剖析物理

降噪的原理。

如图3所示为空调室外机降噪装置正面安装效

果图。不同数据中心的室外机分布不同，有的分散布

置也有的紧凑布置，因此可将室外机两台、三台或

者四台室外机看成一个整体，如图3在室外机左右及

上部设置隔吸声板，排风端风扇下部设置隔吸声板，

正对风扇位置设置消声器，消声器有效长度不小于

700 mm，消声器消声量IL≥15 dB；对风扇部分设

置导流板，引导热风通过所加设的消声器排出。进风

端为敞开布置，通过本体隔吸声围护板及消声器形成

的约2.2 m高屏障效应产生降噪效果，并保证进风侧

无附加的进风阻力。在整排室外机组端部设置消声百

叶门防止进风端噪声通过两侧绕射影响厂界及敏感点

降噪效果。

1.2 节能

如图4所示为空调与氟泵节能模块的连接方式。

该种系统的工作模式有两种，第一种为压缩机模式，

当室外环境温度高于室内环境温度时，不具备开启氟

规的压缩机制冷；第二种为氟泵工作模式，当室外环

氟泵启动。该模式的工作原理为：蒸发器中的制冷剂

行换热，冷却成液态后的制冷剂在氟泵的作用下克服

图3 空调室外机降噪装置正面安装效果图

冷凝器

氟泵

蒸发器

单向阀

（1）压缩机模式

冷凝器

膨胀阀

压

缩

机

蒸发器

（2）氟泵工作模式

图4 氟泵节能模块原理图

北京某核心楼宇按照模块化集中式冷凝器结合

氟泵节能模块的方式改造后，所采集的耗电量对比如

表1所示，该数据均在机房满载的情况下采集，从表

中可以看出安装了氟泵节能模块的机房耗电量远低于

传统机房，年节约电费为一百余万元。同时，经过实

测该核心楼宇的噪声符合当地规定的二类噪声标准。

该实例表明，模块化集中式冷凝器以及氟泵节能模块

（下转第243页）

卞礼军：温差带控制方法在

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空调节能运转中的应用

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能让空调设备一直处于停机命令状态；感器；

（2）控制设备的输出控制点必须和空调输入控（4）控制设备的界面友好，现场调试界面，远

制界面做安全隔离，不能损坏空调，以致机房的制冷程控制界面，配套的平台界面适合工程人员使用，这

能力处于缺陷和停滞；样发挥他们的经验，精进不同场景的温差带调节；

（3）温度探点设备的传感器特性考量，目前市（5）控制设备的功能丰富，多种传感器接口适

场主流温度传感器精度是±0.5 ℃，希望提高精度，应各种温度接口接入，多种控制输出接口对接空调反

但是这样会增加成本。如果经费限制可以考虑选择馈口，数据采集处理保证值域设置，时延取舍，迟滞

一致性好的温度传感器，比如18 B20芯片的温度传调节，部分PLC编程功能。

（上接第238页）

表1 传统机房空调耗电量与带氟泵机房空调耗电量对比

（a）传统机房空调耗电量

环境温度T/℃全年持续时间/h能效比/（W/W）耗电量/kWh

T≤-10793.3958

-10＜T≤-55093.256265

-5＜T≤09963.2012450

0＜T≤510193.1512940

5＜T≤1521643.1027923

15＜T≤2011343.0514872

20＜T≤2513973.0518321

25＜T≤3514883.0019307

T＞35143.22187

总耗电量/kWh113221

（b）带氟泵机房空调耗电量

环境温度/℃全年持续时间/h能效比/（W/W）耗电量/kWh

T

TT

≤-107916.25（=-10℃）194

-10＜≤-550914.71（=-5℃）1384

TT

-5＜≤099612.14（=0℃）3282

TT

0＜≤510199.77（=5℃）4172

TT

5＜≤1521644.61（=15℃）18777

TT

15＜≤2011344.19（=-5℃）10826

TT

20＜≤2513974.05（=20℃）13798

TT

25＜≤3514883.00（=25℃）19307

TT

T

＞35143.00187

总耗电量/kWh71925

的应用，有效降低了空调能耗，缓解了噪声扰民问题。达到降低数据中心PUE，节约数据中心运营成本的

2 结 论

目的。

此外，文中所述的噪声治理方案可用于传统机

综上所述，数据中心建设过程中可通过采用模

房的空调室外机改造，根据室外机的投产时间，以及

块化集中式冷凝器、物理降噪的方式防止噪声污染问

距报废更新时间的长短使用不同的降噪方案，达到噪

题。同时可结合氟泵节能模块的改造设计，充分利

声治理的目的。

用室外自然冷源，进一步提高风冷系统能效比，从而