数据中心暖通系统建设交付关键路径分析

数据中心暖通系统建设交付关键路径分析

李尚梅

施耐德电气信息技术（中国）有限公司 山东 济南 250101

摘要：管理好数据中心暖通系统建设中涉及的关键路径，能有效保证系统建设交付及时性，还可为系统稳定运行奠定基础。但同时也应意识到，数据中心暖通系统的交付标准不是固定的，存在调整的可能性。例如，在冬季交付的数据中心，只要数据中心提供方与客户充分沟通，冷机就不会完成开机调试，能使暖通系统稳定运行，使项目提前交付成为可能。

关键词：数据中心；暖通系统；建设交付；关键路径

数据中心的暖通系统负责带走机房IT设备运行产生的热量，是数据中心建设交付的必备要素。然而，大型数据中心普遍采用的水冷式冷水机组系统施工作业面大、安装调试复杂度高等，往往成为数据中心建设交付的瓶颈。因此，研究数据中心暖通系统建设交付关键路径意义重大。

一、数据中心概述

数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在因特网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。数据中心大部分电子元件由低直流电源驱动运行。数据中心的产生致使人们的认识从定量、结构的世界进入到不确定和非结构的世界中，它将和交通、网络通讯一样逐渐成为现代社会基础设施的一部分，进而对很多产业都产生了积极影响。不过数据中心的发展不能仅凭经验，还要真正的结合实践，促使数据中心发挥真正的价值作用，促使社会的快速变革。

二、数据中心暖通系统建设现状

当前，大多数据中心暖通空调系统主要采用风冷和水冷，只有少数算中心采用液冷。其中，风冷空调数据中心通常具有整体机架规模小、单机柜功率密度低的特点。虽然风冷空调具有初期投资小、安装简单、维护方便等优点，但由于制冷铜管需连接到室外路由，且室内机与室外机间距离受限，不适合大规模部署。尽管液冷能提高数据中心能效，但仍处于技术行业发展初期。关于未来如何进行余热回收初期，目前仍处于探讨和实践阶段，不具备大规模部署条件。目前，主流大型数据中心主要是水冷式空调系统。与风冷空调相比，水冷系统能在冬季利用室外自然条件为数据中心降温。与液冷系统相比，水冷系统已形成成熟的建设交付系统，因此，为响应政府节能政策，降低数据中心总运行成本，水冷系统是一个更好的选择。

三、数据中心暖通系统建设交付面临的问题

1、系统构成复杂。数据中心暖通系统位于数据中心支撑区，主要涉及冷冻站、各主机房所在楼层、楼顶、室外、监控大厅等建筑区域，涉及15类以上主要设备，以一栋平均功率为25A、可产出6000架机柜的数据中心为例，该中心通常配置冷机、板换、冷却泵、冷冻一二次泵、冷却塔、冷却水处理系统、恒湿机和冷冻水精密空调。此类大型设备的安装施工不仅涉及水管路的连通，还涉及相关配电系统的对接，极大地消耗了有效工作时间。同时，数据中心暖通空调系统除安装相关硬件设备外，还包括BA、动环等软件系统的调试。相关系统的数据采集点包括400余台设备运行状态监测、7000多个温湿度传感器、400多个管道压力与水温传感器，2个月内难以完成相关数据采集、校对、自控逻辑调试工作。

2、施工工序存在较大制约关系。数据中心暖通系统建设由于工作面分散，可通过增加人、材、机进行并行施工，但也有大量固化流程施工项，若上道工序未完成，则无法进入下道工序，这部分工期无法通过并行施工提前完成。这种约束关系是暖通系统建设交付的关键。以大型蓄冷罐建设为例，涉及地勘、打桩、基础制作与养护、罐体拼接、管道连接、探伤、打压、电伴热、保温、彩壳、调试等多项施工工序，一方面，每道工序都有严格的验收测试标准，通过相关验收测试后方可进入下道工序。例如，承载蓄冷罐的桩基完工后，需进行严格沉降测试，相关测试结果直接影响后续罐体稳固性，必须保证相关测试时间；另一方面，蓄冷罐是一个高度接近30m的大型立体圆柱形结构，相关罐体拼接需逐层进行，后续外保温制作涉及高空作业，难以进行大规模并行施工。基于以上原因，蓄冷罐整体施工一般需3个月以上时间。

四、保障关键路径确保交付时间

1、冷冻水系统建设交付关键路径。冷冻水系统建设交付全流程的关键路径可简化和细化为以下部分：垂直主管道安装、冷机及其他设备到货就位、水平管道安装、水泵开机管道冲洗、冷机开机，该关键路径的完成标志着冷冻水系统已基本达到紧急业务上线保障运行能力。具体来说，垂直主管道安装贯穿冷冻站(通常位于建筑物底层)到达每个机房楼层，可与土建工作同时进行，若在机电设备到货时垂直主管道安装未完成，则冷冻水系统建设进度将难以保证。冷机、板换和水泵是冷冻水循环系统的重要部件，这三种设备到位意味着水循环管环路具备施工连通条件，有些设备在签署订单后才开始生产，所以应关注其生产和到货周期，到货前，确保设备基础制作和养护工作完成，确保大型设备到货就位期间运输通道的畅通，就位完成后，加快相关管连接和供电系统安装。水平管道安装不仅包括冷冻站内管道制作及连通，还包括空调间区域管道的制作，具有施工量大的特点。在该过程中，可通过增加人员并行施工和施工后分段打压来缩短工期。水泵开机是数据中心暖通系统建设交付的一个重要里程碑事件，不仅意味着供配电系统具备了水泵大功率设备运行能力，也意味着冷冻水管道所有施工已完成，进入正式交付前收尾阶段。水泵开机后，需对管道进行多次冲洗，直至排放水质达标，然后对管道进行钝化预膜，此时，整个项目已进入建设交付阶段。在此过程中，提前注意管道冲洗的进水流量和排水路径，并努力推进进度。最后，冷机和终端空调完成开机调试表明整套冷冻水系统已初步达到交付条件，在此过程中，只要供电及时到位，就不会有很大的延期风险。

2、冷却水系统建设交付关键路径。冷却水系统建设交付全流程关键路径可简化并细化为：垂直主管道安装；冷机、水泵和冷却塔到货就位；水平管道安装；水泵开机管道冲洗；冷塔和冷机开机。此关键路径的水平和垂直管道安装、冲洗进度控制点和冷冻水系统基本一致，主要区别在于冷却水系统管道不涉及机房空调间区域，增加楼顶区域，施工难度和工作量简化，若能保证与冷冻水管道同步施工，基本不会成为工程建设交付的瓶颈。此外，由于冷却水和冷冻水同时与冷机和板换连接，因此相关设备的进度控制要点与冷冻水系统一致，但冷却塔是冷却水系统特有的，通常安装在楼顶平台上，设备体积大，易成为冷却水系统延期交付风险点。冷却塔在注意设备订货到货的同时，不仅要注意设备到货前屋面防水垫层施工和设备基础制作，还要注意设备到货后现场组装和设备向楼顶的吊运准备，设备就位后，由于冷却塔的供电路径一般比数据中心其他用电设备大，因此需特别注意相关配电系统的建设。

3、BA系统建设交付关键路径。冷冻水和冷却水系统的设备安装进入调试阶段后，BA系统通常开始搭建，相关关键路径包括：系统构建、数据采集、校准、逻辑设置、测试验证。系统构建包括两部分：控制系统界面和数据库建设及弱电连接布线，由于BA系统涉及多个点位，基本覆盖了暖通系统中所有设备和主管路，相关弱电布线工作可通过并行施工压缩进度，对于基于服务器的软件系统定制化，可要求制造商根据设计图纸提前启动。必须依次对每个点位进行数据采集和校准，需为此规划更多时间。至于逻辑设置，目前主流厂商有相对清晰的模板，可定制化调整。在此过程中，重要的是确保系统配置人员的专业性和工作连续性。由于数据中心BA系统建设往往在投产数月后才满足测试验证条件，在带业务测试场景下，需注意测试方案的完整性，提前制定紧急事件应急处理预案。

参考文献：

[1]郑勇锋.高效能数据中心制冷技术研究[J].科技经济导刊，2020(02).

[2]姜欣廷.数据中心暖通系统建设交付关键路径分析[J].数字通信世界，2021(09).