數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)分析計算

1、數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)分析計算摘要：數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱性能直接影響著數(shù)據(jù)中心的能耗，傳熱系 數(shù)過小，利于節(jié)能，但是可能存在結(jié)露的危害；傳熱系數(shù)過大，保溫過度，將會 造成工程的浪費。通過全年能耗的動態(tài)分析及防結(jié)露計算，綜合考慮民用工業(yè)建 筑的圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)的計算，給出數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的范 圍。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心外圍護結(jié)構(gòu)、傳熱系數(shù)、防結(jié)露、能耗分析0.引言近年來隨著大數(shù)據(jù)，云辦公，遠程教學(xué)，智能化等的快速發(fā)展及后疫情時代 的到來，數(shù)據(jù)中心的需求及建設(shè)數(shù)據(jù)中心的呼聲越來越大。另一方面，數(shù)據(jù)中心 作為能源消耗的大戶，與國家、城市的低能耗發(fā)展目標及要求存在矛盾，

2、目前國 家及許多城市對數(shù)據(jù)中心的能源消耗已經(jīng)提出了限值要求。數(shù)據(jù)中心作為能耗大戶，其能源消耗主要是數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備，空調(diào)系統(tǒng)， 電力系統(tǒng)等幾大系統(tǒng)能源消耗，數(shù)據(jù)中心圍護結(jié)構(gòu)能耗雖然在數(shù)據(jù)中心總能耗中 占比不大，但是，其綜合影響著數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)的環(huán)境及數(shù)據(jù)中心的工程造價。 因此，針對數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱性能進行分析，非常有必要。數(shù)據(jù)中心主機房的外圍護結(jié)構(gòu)主要是指外墻部分（不含屋頂），且直接臨室 外，有走道的不包含在內(nèi)。數(shù)據(jù)中心主機房的外圍護結(jié)構(gòu)，在保證數(shù)據(jù)中心自身結(jié)構(gòu)（稱重等）需求的 同時，還需保證圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)機房內(nèi)部不結(jié)露，且滿足數(shù)據(jù)中心冬季向外散熱， 夏季阻止室外熱量進入的功能。

3、因此，對于數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，從全年的圍護結(jié)構(gòu)能耗 考慮，不能簡單的套用公共建筑（冬季夏季均是保溫需求）或是工業(yè)建筑的外圍 護結(jié)構(gòu)的熱工性能的要求，需要結(jié)合數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)外界環(huán)境及數(shù)據(jù)中心的布 局，主機房的運行溫度等綜合考慮。中國地域廣闊，維度跨度大，室外環(huán)境差距也大，不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心主機房 外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能要求不同，且不能同一要求。本論文以上海地區(qū)為例，從數(shù) 據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)全年能耗、滿足主機房內(nèi)不結(jié)露等綜合考慮，對數(shù)據(jù)中 心的外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進行分析計算。數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能特點數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)的信息設(shè)備是全年一直在發(fā)熱運行，為保證信息設(shè)備的安 全、

4、穩(wěn)定運行，需要將信息設(shè)備的發(fā)熱量轉(zhuǎn)移至室外，使信息設(shè)備運行在其所要 求的溫度范圍內(nèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB 50174的規(guī)定，主機房內(nèi)的冷通 道或機柜送風(fēng)處的溫度要求為18-27C（隨著設(shè)備的不斷升級，未來耐高溫信息 設(shè)備的出現(xiàn)，送風(fēng)溫度可能突破此限制，超過27C），數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的環(huán)境溫度，與主機房內(nèi)設(shè)備的布置有關(guān)， 當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)為主機房冷通道時，其圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)溫度為 18-27C，當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)為主機房熱通道時，其圍護結(jié)構(gòu)機 房側(cè)溫度比冷通道溫度高約12C。因此，如果僅從數(shù)據(jù)中心圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能考慮，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的 熱工性能應(yīng)滿足

5、使數(shù)據(jù)中心在滿足主機房內(nèi)環(huán)境溫度要求的條件下，外界溫度較 低時向外散熱，外界環(huán)境溫度較高時，能夠阻止外界熱量的進入。同時滿足數(shù)據(jù) 中心主機房內(nèi)不得結(jié)露的要求。數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)全年能耗分析計算室外氣象數(shù)據(jù)：選取上海市典型氣象年（設(shè)計典型）的日平均溫度，作為本 次室外環(huán)境溫度計算依據(jù)。根據(jù)上海市典型氣象年日平均溫度，通過計算，當數(shù) 據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)溫度為16.7C時，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的全 年能耗為0。即：數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)溫度16.7C時，上海地區(qū)全年 范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)中心通過外圍護結(jié)構(gòu)向外散熱的熱量與外界通過外圍護結(jié)構(gòu)傳入的 熱量相等。此溫度點時，數(shù)據(jù)中心主機房外

6、圍護結(jié)構(gòu)，全年既不增加數(shù)據(jù)中心主 機房的能耗，也不能為數(shù)據(jù)中心散熱做任何貢獻。當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)溫度大于16.7C時，通過數(shù)據(jù)中心主機 房外圍護結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部全年綜合需向外部散熱。當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)溫度小于16.7C時，通過數(shù)據(jù)中心主機 房外圍護結(jié)構(gòu)，外界全年綜合需向數(shù)據(jù)中心內(nèi)傳熱。根據(jù)數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB 50174規(guī)定，數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)的冷通道或者 機柜送風(fēng)處溫度為18-27C，露點溫度5.515C，同時相對濕度不大于60%2。根據(jù)機房布局，如果數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)是主機房的冷通道，則 數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的機房側(cè)工況范圍是1827C，露點溫度5

7、.515C， 同時相對濕度不大于60%。如果數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)是主機房的熱通道，根據(jù)上海市地方標 準數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)的送、回風(fēng)溫差不宜小 于12C（數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)的冷通道或者機柜送風(fēng)處溫度為1827C，露點溫度 5.515C，同時相對濕度不大于60%），則數(shù)據(jù)中心主機房的熱通道溫度大于冷 通道溫度，即，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)溫度大于18C。綜合以上分析，上海地區(qū)的數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)的溫度均大于 16.7C，僅從節(jié)能角度考慮，全年來說，上海地區(qū)數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)需 要向外散熱，即上海地區(qū)數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)越大，越有

8、利于 數(shù)據(jù)中心全年節(jié)能。數(shù)據(jù)中心主機房外圍護防結(jié)露計算房間的墻體結(jié)露會破壞墻體的保溫性能，而對于數(shù)據(jù)中心主機房，其室內(nèi)環(huán) 境要求嚴格，如果結(jié)露，發(fā)生水滴下滴的現(xiàn)象，可能導(dǎo)致運算失靈、測試紊亂、 線路損壞等惡性事故，產(chǎn)生嚴重破壞。數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB 50174規(guī)定，數(shù) 據(jù)中心主機房內(nèi)均不得結(jié)露。因數(shù)據(jù)中心主機房的外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)溫度分兩種 不同情況（冷通道溫度及熱通道溫度），因此數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的的防 結(jié)露分析計算也按照此兩種不同工況情況進行。工況1：當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)為冷通道時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范 GB 50174的規(guī)定，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的機房側(cè)的溫度要求為：

9、干球溫度 1827C，相對濕度60%,同時要求露點溫度為5.5C15C。數(shù)據(jù)中心主機房外 圍護結(jié)構(gòu)結(jié)露的發(fā)生條件：數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)的內(nèi)壁面溫度V數(shù) 據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)室內(nèi)側(cè)的露點溫度。滿足數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范要求的數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)不結(jié)露 的最不利主機房冷通道的溫度參數(shù)為：干球溫度23.2C，相對濕度60%，露點溫 度15C。以此溫度工況點計算滿足數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)不結(jié)露的外圍護結(jié) 構(gòu)的傳熱系數(shù)如下：1）數(shù)據(jù)中心建筑性質(zhì)為民用建筑，根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范計算公 式：.:圍護結(jié)構(gòu)最小傳, ,-:熱阻；，：室內(nèi)溫度；，: 室外溫度；。：露點溫度；：圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換

10、熱熱阻；：圍護結(jié)構(gòu)外表面換熱熱阻；, :滿足不結(jié)露要求的圍護結(jié)構(gòu)墻體熱阻最小值；:圍護結(jié)構(gòu)傳熱系 數(shù)。帶入數(shù)據(jù)：=23.2C，=-10.1C（查上海市典型氣象年數(shù)據(jù)，上海市極 端最低氣溫），。=15C,=0.115（mK）/W），=0.043（mK）/W）,計算得出. =0.31（mK）/W），及=0.47（mK）/W）；根據(jù)公式（2）It I:(2)：不提供材料和建筑不同部位的墻體熱阻最小值；:熱阻最小值的密度修正系數(shù)；-.：熱阻最小值的溫差修正系數(shù)；圍護結(jié)構(gòu)熱阻最小值的修正系數(shù)的取值如下：熱阻最小值的密度修正系數(shù)表1密度(kg/m3)P N12001200 尸N800800尸N500500

11、戶修正系數(shù)1.01.21.31.4注：廠為圍護結(jié)構(gòu)的密度熱阻最小值的溫差修正系數(shù)表2部位修正系數(shù)與室外空氣直接接觸的圍護結(jié)構(gòu)pq與有室外窗的不采暖房間相鄰的圍護結(jié)構(gòu)0.8與無外窗的不采暖房間相鄰的圍護結(jié)構(gòu)0.5圍護結(jié)構(gòu)密度修正系數(shù)的選取：圍護結(jié)構(gòu)熱阻最小值的密度修正，結(jié)合目前工程上常用的加氣混凝土砌塊密 度（一般200-250mm厚），圍護結(jié)構(gòu)熱阻最小值的密度修正系數(shù)取1.3。圍護結(jié) 構(gòu)熱阻最小值的溫差修正系數(shù)取1.0。修正后的孔=0.4（m*K）/W），對應(yīng)修正后的數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu) 在此工況點（主機房送風(fēng)干球溫度23.2C，相對濕度60%，露點溫度15C ）的傳 熱系數(shù)，按照公式（3

12、）計算為1.79W/（mK）。2）當數(shù)據(jù)中心建筑性質(zhì)為工業(yè)建筑時，根據(jù)工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè) 計規(guī)范GB50019的規(guī)定，其外圍護結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻按照公式（4）計算：:圍護而機構(gòu)最小傳熱阻；：室內(nèi)溫度；I :室外溫度；R :圍護而機構(gòu)最小傳熱阻；：室內(nèi)溫度；I :室外溫度；：；：圍護而機構(gòu)溫差修正系數(shù)；R ：圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱熱阻；卜.：最小熱阻修正系數(shù)，磚石墻體取0.95，外門取0.6，其他取1；K :滿足不結(jié)露要求的圍護結(jié)構(gòu)墻體熱阻最小值；:圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)。根據(jù)工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GB50019的規(guī)定，婦根據(jù)如 下表3、表4確定取值:注：1.室內(nèi)空氣干式程度的區(qū)分，應(yīng)

13、根據(jù)室內(nèi)溫度和相對濕度按表x確定;1.與室外空氣相通的樓板和非供暖地下室上面的樓板，其允許溫差值可取2.5C；2.表中t冬季室內(nèi)計算溫度，C； t在室內(nèi)計算溫度和相對濕度狀況下的 露點溫度，C。室內(nèi)干濕度的區(qū)分表4溫度(C)相對濕度類別24干燥60507561705160潮濕7560各參數(shù)取值如下:tW=T0.1C(上海地區(qū)極端最低溫度)，.T =1,，： 二1, Rn=0.115(m*K)/W, Rw=0.043(*K)/W取值根據(jù)工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GB50019的規(guī)定，=tn-tl,對應(yīng)工況點：送風(fēng)干球溫度23.2C，相對濕度60%,=23.2- 15=8.2C據(jù)此計算出數(shù)

14、據(jù)中心為工業(yè)建筑時：二.=0.47(-K)/W,根據(jù)公式(5)：K- S計算出：K=2.14W/(mK),圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)為2.14 W/(-K)o根據(jù)以上按照民用建筑及工業(yè)建筑的計算結(jié)果，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu) 傳熱系數(shù)應(yīng)小于1.79W/(-K)o實際工程中，當數(shù)據(jù)中心主機房的外圍護結(jié)構(gòu)選定后，可根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的實 際密度對圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進行修正。工況2：當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的機房側(cè)為熱通道時，因為機房內(nèi)送風(fēng)對設(shè)備 的降溫過程為干工況，送、回風(fēng)的含濕量不變，即回風(fēng)工況點對應(yīng)的露點溫度跟 送風(fēng)工況點對應(yīng)的露點溫度相同，因此滿足圍護結(jié)構(gòu)不結(jié)露的最不利工況仍然是: 送風(fēng)干球溫度23.2C

15、，相對濕度60%工況點，露點溫度15CH況點。即：數(shù)據(jù)中 心主機房外圍結(jié)構(gòu)不結(jié)露的最大傳熱系數(shù)為1.79W/(-K),綜上分析，以上海地區(qū)為例，從防結(jié)露及全年圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能考慮，數(shù)據(jù)中 心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)小于1.79W/(mK)。因計算中選定了具體 的外圍護結(jié)構(gòu)的密度，實際工程中，應(yīng)根據(jù)選定的外圍護結(jié)構(gòu)的密度對傳熱系數(shù) 進行修正。結(jié)束語數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的確定，需根據(jù)數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)環(huán)境 參數(shù)，數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)室外環(huán)境參數(shù)，滿足數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)不結(jié)露要求的同 時，使數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)全年能耗最低。本文通過對上海市主機房外圍 護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的計算，得到如下結(jié)論：1

16、、對于上海地區(qū)來說，通過對數(shù)據(jù)中心主機房外圍護機構(gòu)全年能耗的分析， 當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的機房側(cè)溫度16.7C時，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié) 構(gòu)全年的能耗平衡；即，此溫度點時全年數(shù)據(jù)中心通過主機房外圍護結(jié)構(gòu)向外界 散熱，和外界通過數(shù)據(jù)中心主機房圍護結(jié)構(gòu)向數(shù)據(jù)中心內(nèi)部傳熱的熱量剛好相等。 根據(jù)數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB 50174規(guī)定，數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)冷通道（機柜送風(fēng) 區(qū)域）溫度范圍為1827C，假設(shè)送回風(fēng)溫度為12C（數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計規(guī)范 上海市地方標準中要求），數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)熱通道的溫度為3039C，均大于 16.7C，故認為，對于數(shù)據(jù)中心主機房的外圍護結(jié)構(gòu)，綜合全年考慮，需向外散 熱。即，從

17、節(jié)能方面考慮，數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱性能越好（傳熱系數(shù) 越大），越利于節(jié)能。2、考慮數(shù)據(jù)中心全年節(jié)能的同時，從數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范中對主機房內(nèi) 不結(jié)露的要求出發(fā)（同時考慮數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)機房側(cè)的環(huán)境工況）， 當數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)小于1.79W/（mK）時，滿足數(shù)據(jù)中心 主機房內(nèi)不結(jié)露。3、因計算時假定是了數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)密度，實際工程中，應(yīng)根 據(jù)圍護結(jié)構(gòu)實際密度，對數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進行修正。4、對于實際工程，外圍護結(jié)構(gòu)除考慮不結(jié)露、節(jié)能要求外，尚需考慮有一 定的安全圍護、結(jié)構(gòu)支撐、不滲水等建筑構(gòu)造要求。因此，對于上海地區(qū)數(shù)據(jù)中 心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的下限值，可結(jié)合數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的工 程建筑構(gòu)造需求設(shè)定。5、通過對上海地區(qū)數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的計算，為國內(nèi)其 他地區(qū)數(shù)據(jù)中心圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)選取提供參考。6、本文通過對數(shù)據(jù)中心主機房外圍護結(jié)構(gòu)的