隨著網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心向各行各業(yè)不斷擴(kuò)展，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)如火如荼，大型數(shù)據(jù)中心屢見不鮮。云計算的應(yīng)用推廣，業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷升級，IT需求也相應(yīng)增長，要求數(shù)據(jù)中心的設(shè)計必須能夠適應(yīng)不斷變化的IT和業(yè)務(wù)要求，同時能夠持續(xù)提高效率，優(yōu)化運營成本。模塊化建設(shè)具有根據(jù)業(yè)務(wù)按需擴(kuò)展、在提高數(shù)據(jù)中心使用率的同時降低能耗、交付迅速、分散投資風(fēng)險等特點，符合IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，逐漸成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展方向。當(dāng)前節(jié)能性能較好的集中空調(diào)系統(tǒng)成為大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的首選形式，冷凍站做為空調(diào)冷源設(shè)備的安裝場所，是數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，冷凍站如何能夠符合模塊化建設(shè)的要求，是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計中需要考慮的問題。

1 數(shù)據(jù)中心對冷凍站性能的要求

為了適應(yīng)數(shù)據(jù)中心模塊化建設(shè)、靈活部署、按需擴(kuò)展、快速交付、降低能耗、分散投資的要求，冷凍站需要具備以下性能。

（1）高可靠性、安全性

數(shù)據(jù)中心是網(wǎng)絡(luò)、信息、計算技術(shù)的中樞，由于其數(shù)據(jù)集中、處理能力集中，一旦出現(xiàn)問題影響面較大，因此需要設(shè)備可靠、安全工作。數(shù)據(jù)、通信等設(shè)備能夠長期、穩(wěn)定正常工作，需要機房必須維持一定的溫度、濕度和潔凈度，而這些都需要空調(diào)系統(tǒng)去完成，冷凍站是空調(diào)系統(tǒng)供冷的核心，對其可靠性、安全性的高要求則是不言而喻的。

（2）高可在線擴(kuò)展性、快速交付能力

數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)是逐步發(fā)展的，對空調(diào)供冷的需求也是逐漸增加的，同時冷凍站設(shè)備投資較高，在業(yè)務(wù)需求不飽滿的數(shù)據(jù)中心，冷凍站設(shè)備一步安裝到位，將增加數(shù)據(jù)中心投資壓力，故冷凍站應(yīng)該具備一定擴(kuò)容能力，冷凍站規(guī)模應(yīng)能隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展而增加，并保證擴(kuò)容時不影響當(dāng)前業(yè)務(wù)的正常運營，同時不應(yīng)降低系統(tǒng)的可靠性。對于IDC等托管型數(shù)據(jù)中心，客戶對業(yè)務(wù)投入使用的時限要求較高，冷凍站還需具備快速交付的能力。

（3）高穩(wěn)定性、高可維護(hù)性

數(shù)據(jù)中心常年7×24小時運行，空調(diào)系統(tǒng)長時間運轉(zhuǎn)，作為空調(diào)核心的冷凍站需要具備穩(wěn)定運行的能力，設(shè)備和安裝具備通用性和標(biāo)準(zhǔn)性，便于后期維護(hù)和修復(fù)。

（4）高節(jié)能性

數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)的能耗僅次于IT設(shè)備，位居數(shù)據(jù)中心能耗的第二位。而冷源設(shè)備的能耗占據(jù)空調(diào)系統(tǒng)能耗的50%以上，這就要求冷凍站在滿足供冷需求的前提下，盡量降低能耗。

（5）高智能化

為了數(shù)據(jù)中心安全、可靠、高效的運行，冷凍站應(yīng)設(shè)置集中監(jiān)控管理系統(tǒng)，以實時監(jiān)測冷凍站設(shè)備運行狀況，迅速確定故障，協(xié)調(diào)各設(shè)備間運行，提高整體效率，減少人為操作，簡化維護(hù)工作。綜上所述，以模塊化為理念建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，其對冷凍站在可靠性、安全性、可在線擴(kuò)展性、快速交付能力、穩(wěn)定性、可維護(hù)性、節(jié)能性、智能化等方面均提出了高要求，冷凍站建設(shè)也需要響應(yīng)模塊化建設(shè)的要求，方能更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)中心冷凍站模塊化建設(shè)

（1）數(shù)據(jù)中心冷凍站模塊化建設(shè)思路

一直以來，冷凍站以整體冷源的形象出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心，冷凍站內(nèi)的各種設(shè)備、管道一步安裝到位，或者僅預(yù)留設(shè)備的安裝位置，冷凍站系統(tǒng)設(shè)計沒有考慮可在線擴(kuò)展、快速交付的需要，使得冷凍站設(shè)備擴(kuò)容時，安裝、調(diào)試難度大，施工周期長，對空調(diào)系統(tǒng)可靠運行造成了影響，不能適應(yīng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的要求。

以模塊化理念建設(shè)的冷凍站，冷凍站內(nèi)的設(shè)備以模塊的形式出現(xiàn)（如每套冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵可以組成一個供冷模塊，補水定壓等設(shè)備可組成輔助設(shè)備模塊等），各模塊在冷凍站整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)單模塊擴(kuò)容，降低安裝、調(diào)試難度，縮短施工周期，減小對運行中空調(diào)系統(tǒng)的影響，達(dá)到可在線擴(kuò)展、快速交付的目的，同時模塊化設(shè)計對冷凍站設(shè)備的通用性、施工安裝的標(biāo)準(zhǔn)性也有促進(jìn)，便于運行維護(hù)、故障修復(fù)。

冷凍站模塊化并不僅僅是空調(diào)系統(tǒng)模塊化，還應(yīng)該包含冷凍站建筑布局、供配電系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等各相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)，只有與冷凍站建設(shè)的各方面都圍繞著模塊化這個理念，才能建設(shè)出滿足數(shù)據(jù)中心要求的冷凍站。

（2）冷凍站模塊化建設(shè)模式

冷凍站模塊化建設(shè)模式主要有兩種，一種是傳統(tǒng)現(xiàn)場安裝建設(shè)模式，另一種是模塊化冷凍站建設(shè)模式。

①傳統(tǒng)現(xiàn)場安裝模式

傳統(tǒng)現(xiàn)場安裝模式是在冷凍站模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，由機電安裝公司安裝冷凍站設(shè)備、管道系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等的傳統(tǒng)建設(shè)模式。

目前國內(nèi)大多數(shù)據(jù)中心采用這種模式建設(shè)，建設(shè)過程中涉及多設(shè)備招標(biāo)采購，多部門（設(shè)計單位、設(shè)備廠商、施工安裝單位等）、多專業(yè)（暖通專業(yè)、給排水專業(yè)、強電專業(yè)、弱電專業(yè)等）協(xié)同配合，容易出現(xiàn)建設(shè)周期長、管理協(xié)調(diào)工作量大、冷凍站空間利用率低、施工安裝標(biāo)準(zhǔn)化差等問題，尤其是冷凍站擴(kuò)容或設(shè)備更新替換時，冷凍站內(nèi)施工人員多，且耗時長，對冷凍站安全運行影響大，與數(shù)據(jù)中心對冷凍站安全可靠運行、快速交付、便于維護(hù)的要求有一定差距。

②模塊化冷凍站模式

模塊化冷凍站模式是模塊化冷凍站制造商在冷凍站模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過工廠預(yù)制+現(xiàn)場組裝的方式建設(shè)冷凍站，冷凍站建設(shè)由現(xiàn)場施工變?yōu)楣I(yè)產(chǎn)品安裝。這是一種新型的冷凍站建設(shè)模式，通過工廠預(yù)制測試、模塊運輸、現(xiàn)場拼裝，滿足了冷凍站模塊化建設(shè)的要求，這種建設(shè)模式具有以下特點：

安全可靠性高。采用模塊工廠預(yù)制的方式，

可在工廠預(yù)先測試，減少現(xiàn)場施工、測試工作，提高冷凍站運行的安全可靠性。

便于快速交付。通過工廠預(yù)制（見圖1）、模塊運輸（見圖2）、現(xiàn)場拼裝（見圖3），避免工程現(xiàn)場的交叉施工，降低施工管理難度，縮短現(xiàn)場建設(shè)周期，在冷凍站擴(kuò)容或設(shè)備更新替換時可快速交付。

工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品品質(zhì)。以產(chǎn)品技能工人替代現(xiàn)場安裝工人，以工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)保證產(chǎn)品的性能、質(zhì)量，使設(shè)備、安裝具有通用性、標(biāo)準(zhǔn)性，便于冷凍站運行維護(hù)。

便于快速修復(fù)。模塊化冷凍站采用拼接形式安裝。對設(shè)備、管路、閥部件等的維修、更換方便、快捷。

高效節(jié)能?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)集成技術(shù)，使冷凍站內(nèi)設(shè)備很好的關(guān)聯(lián)和匹配，自控系統(tǒng)控制冷凍站內(nèi)設(shè)備協(xié)同工作，達(dá)到冷凍站整體性能最優(yōu)，實現(xiàn)冷凍站節(jié)能、高效運行。

智能運行。智能化控制，保證冷凍站持續(xù)穩(wěn)定運行，降低系統(tǒng)運行費用和維護(hù)難度。

節(jié)地省材。冷凍站整體優(yōu)化設(shè)計、工廠化預(yù)制，避免了多專業(yè)間交叉作業(yè)、冷凍站空間利用率低的問題，使冷凍站布局更優(yōu)，節(jié)省冷凍站占地面積和材料耗費，并且能夠靈活適應(yīng)特定的安裝空間要求。

相對于冷凍站傳統(tǒng)建設(shè)模式而言，模塊化冷凍站使冷凍站建設(shè)從工程項目變?yōu)橄到y(tǒng)產(chǎn)品安裝，從現(xiàn)場施工變?yōu)楣S預(yù)制生產(chǎn)+現(xiàn)場組裝。在冷凍站建設(shè)中，采用這種建設(shè)模式可以減少工程管理協(xié)調(diào)工作，縮短建設(shè)周期，便于冷凍站按需擴(kuò)容，冷凍站整體性能得到提高、降低能耗，節(jié)省冷凍站占地面積，提高冷凍站品質(zhì)，便于快速維護(hù)、修復(fù)，更能適應(yīng)冷凍站模塊化建設(shè)的要求。

3 模塊化冷凍站簡介

（1）釋義

模塊化冷凍站又稱集成化冷凍站，是在傳統(tǒng)冷凍站基礎(chǔ)上引入系統(tǒng)集成技術(shù)，而形成的機電一體化系統(tǒng)級產(chǎn)品。其構(gòu)成元素包括了冷源設(shè)備（冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、輔助設(shè)備等）、管道系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、底座框架等，在傳統(tǒng)冷凍站的基礎(chǔ)上增加了可拆分底座、支架等。它通過工廠預(yù)制測試、模塊運輸、現(xiàn)場拼裝，將冷凍站做為機電一體化產(chǎn)品交付使用。模塊化冷凍站的效果圖如圖4所示。

（2）模塊化冷凍站設(shè)計

系統(tǒng)集成是模塊化冷凍站的核心，其本質(zhì)是最優(yōu)化的綜合統(tǒng)籌設(shè)計，所要達(dá)到的目標(biāo)是系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)，即所有部件和成分組合在一起后不但能工作，而且全系統(tǒng)是低成本、高效率和高性能的、可擴(kuò)充和可維護(hù)的綜合系統(tǒng)。模塊化冷凍站利用系統(tǒng)集成技術(shù)將冷凍站的各個組成設(shè)備很好地關(guān)聯(lián)和匹配，控制冷凍站內(nèi)所有設(shè)備協(xié)同工作，達(dá)到冷凍站整體性能最優(yōu)。

模塊化冷凍站設(shè)計包括冷凍站設(shè)備優(yōu)化選型匹配及管路深化設(shè)計、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)仿真校核和自控系統(tǒng)設(shè)計。

冷凍站的系統(tǒng)集成并不是對其組成設(shè)備進(jìn)行簡單的供貨和拼裝，而是運用系統(tǒng)集成技術(shù)，在詳細(xì)了解冷凍站模塊化設(shè)計技術(shù)要求和充分考慮了冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備的固有特性后和運行性能的基礎(chǔ)上對設(shè)備的型號和參數(shù)進(jìn)行選型匹配，以達(dá)到冷凍站的整體性能最優(yōu)。

模塊化冷凍站整體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括整體布局、系統(tǒng)優(yōu)化、管道排布、控制系統(tǒng)布置、支吊架及底座設(shè)計、模塊的劃分及冷凍站空間結(jié)構(gòu)三維仿真。

結(jié)構(gòu)仿真校核是對管道及支架、底座結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵承載部件的強度和靜態(tài)剛度進(jìn)行合理設(shè)計和校核，以保證使用過程中的安全性及可靠性，并降低振動及噪音。

自控系統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(jù)設(shè)備的選型、冷凍站空間布局及數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)需求，對控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行深化設(shè)計，可以實時檢測冷凍站設(shè)備運行狀況，迅速確定故障，自動控制，減少人為誤操作?？刂葡到y(tǒng)從單點PID控制演進(jìn)為關(guān)聯(lián)預(yù)測控制，對冷凍站內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，使得各個設(shè)備之間協(xié)調(diào)運行，從而保證集成冷凍站系統(tǒng)的整體能耗降低。

（3）模塊化冷凍站的工廠預(yù)制生產(chǎn)、模塊化運輸、現(xiàn)場組裝

模塊化冷凍站作為系統(tǒng)級產(chǎn)品，經(jīng)過管路深化設(shè)計、設(shè)備選型匹配、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、自控系統(tǒng)設(shè)計以及結(jié)構(gòu)仿真校核，已經(jīng)具備工業(yè)化生產(chǎn)加工的基礎(chǔ)。因此在工廠進(jìn)行模塊化冷凍站的預(yù)制安裝，可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計、安裝過程中的瑕疵，形成完整的產(chǎn)品。

在冷凍站的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮了整個冷凍站的模塊化建設(shè)要求，因此實現(xiàn)了冷凍站工廠預(yù)制完成后可以將模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行組裝，從而大大減少了現(xiàn)場安裝時間以及各廠家、各專業(yè)的交叉施工，降低了施工難度，提高了施工質(zhì)量，從而保證模塊化冷凍站的整體性能。

（4）模塊化冷凍站的形式

根據(jù)安裝場地條件，模塊化冷凍站可以采用不同形式：

①對于在建筑內(nèi)預(yù)留有冷凍站位置的數(shù)據(jù)中心，可采用室內(nèi)型模塊化冷凍站，將冷凍站分模塊（冷水機組模塊、水泵模塊、輔助設(shè)備模塊、管道支架等）運輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝。

②對于建筑內(nèi)沒有規(guī)劃預(yù)留冷凍站位置的數(shù)據(jù)中心，可采用集裝箱式冷凍站直接放置在室外。

（5）模塊化冷凍站在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的問題模塊化冷凍站在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用時間比較短，在應(yīng)用中下面幾個問題需要注意：

①目前國內(nèi)采用模塊化冷凍站的項目，在建設(shè)初期并未考慮采用這種建設(shè)模式，冷凍站還是按傳統(tǒng)建設(shè)模式預(yù)留，通常冷凍站預(yù)留面積比較大，而便于模塊化冷凍站模塊運輸、模塊替換所需要的運輸通道沒有綜合考慮，甚至在冷凍站內(nèi)還預(yù)留了各種設(shè)備的混凝土基礎(chǔ)，增加了二次投入。如果在數(shù)據(jù)中心設(shè)計時，提前引入模塊化冷凍站建設(shè)模式的思路，充分利用其整體布局緊湊、節(jié)省占地面積的優(yōu)勢，考慮其安裝、運輸、結(jié)構(gòu)特點，可以使數(shù)據(jù)中心整體布局更合理，更能適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的要求，同時可以降低綜合投資。

②模塊化冷凍站在國內(nèi)應(yīng)用時間較短，通常以項目的定制化制造為主，還沒有形成針對于數(shù)據(jù)中心的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，雖然其可靠性、靈活性、快速響應(yīng)等方面比傳統(tǒng)建設(shè)模式有了很大提高，但與數(shù)據(jù)中心的要求還有一定差距，需要進(jìn)一步完善。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心冷凍站模塊化建設(shè)模式能夠更好的適應(yīng)IT產(chǎn)業(yè)和數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)要求，是今后數(shù)據(jù)中心冷凍站建設(shè)發(fā)展方向；模塊化冷凍站建設(shè)模式較傳統(tǒng)建設(shè)模式而言，在縮短建設(shè)周期，便于按需擴(kuò)容，提高冷凍站整體品質(zhì)，便于快速維護(hù)、系統(tǒng)可修復(fù)性等方面優(yōu)勢明顯，但應(yīng)用時間短，尚未形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品是其短板，還需要進(jìn)一步開發(fā)、應(yīng)用。

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