高温环境下的数据中心 E-House 设计注意事项

炎热气候下的数据中心 E-House 必须同时控制热量、灰尘、湿度和电力负载。 最重要的设计领域是热管理、HVAC 尺寸和热通道遏制。 强大的设计可以将关键设备保持在其运行范围内，并将冷却能耗减少约 20% 至 30%，具体取决于场地和负载情况。

本指南解释了如何设计适用于高温环境的预制电气房。 它涵盖外壳绝缘、冷却冗余、配电、消防安全、腐蚀控制、工厂测试和安装。 这些建议帮助海外买家和分销商比较供应商并准备可靠的技术规格。

普申 为数据中心、变电站、电池设施和工业电力系统设计和制造模块化 E-House 解决方案。 最终设计应始终根据当地规范、设备手册、天气数据和所需的正常运行时间水平进行检查。

1. 从特定地点的热量和气候研究开始

测量真实的室外条件

标准的室内温度对于E-House设计来说是不够的。 工程团队应收集室外最高温度、日温差、太阳辐射、风速、粉尘水平、降雨量和湿度。 达到 45°C 的站点需要与达到 35°C 的站点不同的冷却设计。

研究还应审查安装高度。 高海拔会降低空气密度，并会降低风冷式冷水机组、风扇和变压器的性能。 该设计可能需要更大的风扇、降额计算或对所选设备进行液体冷却。

计算内部得热量

E-House 冷却负载包括来自中压开关设备、低压配电盘、UPS 系统、变压器、电池充电器、照明、控制面板和人员的热量。 添加通过墙壁、屋顶、门、电缆开口和通风系统进入的热量。

一个简单的早期估计是增加设备损耗（以千瓦为单位），然后包括建筑热量和设计裕度。 例如，考虑围护结构热量和未来扩展后，设备损耗为 120 kW 的 E-House 可能需要约 140 至 155 kW 的总冷却能力。

2. 构建高性能 E-House 热围护结构

使用隔热作为第一冷却控制

隔热良好的外壳可以降低白天进入电子屋的热量。 常见的设计使用带有矿棉或其他经过测试的绝缘材料的绝缘夹芯板。 所选面板必须满足所需的防火等级、结构强度、声学目标和耐热性。

屋顶隔热值得特别关注，因为屋顶会直接受到太阳辐射。 浅色或反光屋顶表面可以降低外表面温度。 通风的屋顶天篷可以在沙漠地区提供另一层保护。

消除热桥和漏气

当金属框架、门框、电缆桥架或支架通过隔热墙传递热量时，就会出现热桥。 这些区域会产生热点和凝结。 E-House 设计应包括绝缘连接细节、密封接头和必要时的隔热材料。

门应关紧并配有耐用的垫圈。 电缆入口应使用密封压盖或模块化电缆穿隔系统。 未密封的开口会使热空气、灰尘、昆虫和湿气进入电气室。

分开的热区和冷区

数据中心 E-House 可能包含具有不同热量和安全要求的房间。 开关室、蓄电池室、控制室、变压器区、暖通空调服务区应分别审查。 房间隔离可防止一个系统的热量影响敏感的控制设备。

电池室可能需要专门的通风、气体检测和防火装置。 控制室可能需要更严格的温度和湿度范围。 这种分区方法可以防止整个 E-House 依赖于一个大型冷却系统。

3. 选择峰值热量的 HVAC 容量和冗余

根据实际运行条件调整 HVAC 系统

HVAC 容量应基于最坏的预期室外温度和最高的设备负载。 在温和条件下额定功率为 100 kW 的装置在 45 C 时可能会提供较小的容量。买家应索取实际现场温度下的性能数据，而不仅仅是标称目录额定值。

设计还应考虑过滤器负载、气流减少、制冷剂压力和冷凝器污垢。 随着时间的推移，这些条件会降低冷却输出。 维护津贴有助于易居在两次服务访问之间保持稳定。

应用 N 加 1 或 2N 冗余

对于高可用性数据中心来说，N+1冷却意味着系统在满载所需数量之外额外增加一台冷却单元。 如果需要四个单元，则安装五个单元。 当一台设备正在维修或发生故障时，系统可以继续运行。

2N 布置使用两个独立的冷却系统，每个冷却系统都能够支持所需的负载。 它成本更高，占用更多空间，但可以支持对正常运行时间要求严格的项目。 正确的选择取决于数据中心可用性目标和维护计划。

使用节能控制方法

变速风扇、变频压缩机、节能器控制和智能温度传感器可以减少部分负载的能源使用。 然而，室外空气节能器并不适合所有炎热或多尘的场所。 他们需要清洁的空气、受控的湿度和可靠的过滤。

在沙漠或污染地区，闭环冷却系统通常更安全。 它使室外空气远离电气设备并减少灰尘进入。 代价是初始成本较高，并且需要冷凝器清洁和制冷剂维护。

4. 保护电气设备免受热和降额的影响

检查每个组件的工作范围

开关设备、断路器、UPS 装置、电池、变压器、继电器和通信设备具有不同的温度限制。 有些组件在40℃以上需要降额。供应商应提供温升数据并确认预期室内温度下的持续电流。

高温会缩短电池寿命，增加变压器损耗，降低断路器容量，并导致控制设备重新启动。 设计时应尽可能将热敏设备放置在远离变压器和电源转换器的位置。

控制电缆和母线热量

电缆尺寸、母线布置、连接扭矩和通风都会影响热量。 松动的端子会产生阻力和局部热点。 工厂应在发货前完成扭矩检查、绝缘测试和热检查。

在空间允许的情况下，使电源线远离控制线。 这改善了维护访问并减少了热量和电磁干扰对监控系统的影响。

考虑到未来的负载增长

许多数据中心分阶段扩展。 实用的E-House可以为未来设备预留15%至25%的面板空间、电缆桥架容量、HVAC容量和电气总线容量。 具体限额应按照工程负荷计划确定。

5. 管理灰尘、湿度、腐蚀和冷凝

选择正确的气压策略

正压通风可以阻止未经过滤的室外空气通过小缝隙进入。 送风必须经过与现场粉尘水平相匹配的过滤器。 过滤器需要压差传感器，以便操作员知道何时需要清洁或更换。

在沙子、盐或工业污染严重的地方，配备闭环空调的密封电子屋可能会更好。 这种设计减少了污染，但需要仔细控制内部湿度并定期检查热交换器。

防止结露

当表面温度低于空气露点时就会发生冷凝。 它可以出现在冷管、暖通空调盘管、电缆密封套和金属面板上。 对冷冻水管道进行绝缘，使用排水盘，密封墙壁渗透，并在敏感房间安装湿度传感器。

常见的控制目标是将室内相对湿度保持在设备制造商建议的范围内。 最终限制必须来自设备数据表和当地环境条件。

使用耐腐蚀结构

炎热潮湿的沿海地区会腐蚀钢板、紧固件、电缆接头和母线。 保护措施可能包括镀锌钢、粉末涂层、船用级油漆系统、不锈钢硬件、密封百叶窗和防冷凝加热器。

正确的涂层系统取决于当地的腐蚀性类别。 买家应索取涂层厚度记录、盐雾测试结果（如适用）以及明确的维护程序。

6. 集成消防安全、监控和维护访问

按房间和危险设计消防

E-House 火灾策略应考虑电弧风险、电池气体、电缆火灾、变压器油和 HVAC 制冷剂。 火灾探测应提供早期预警，而灭火系统必须适用于带电电气设备。

防火门、紧急出口、防烟、电缆防火、应急电源隔离等应从一开始就纳入布局。 改造这些系统会减少服务空间并增加项目成本。

安装连续状态监测

高温E-House应监测室内温度、湿度、过滤压差、HVAC状态、烟雾、漏水、门位置和电能质量。 传感器应向数据中心监控系统或监控平台发送警报。

趋势数据可以在停机前揭示过滤器堵塞、风扇故障、制冷剂问题或设备损耗上升。 普深可以根据客户的控制和通讯要求协调监控点。

保持服务路线畅通

操作员需要安全地接触过滤器、压缩机、开关设备、电池、电缆密封套和应急设备。 留出空间以便门完全打开以及技术人员拆卸主要部件。 紧凑的布局只有在不妨碍维护时才有用。

7. 遵循受控的 E-House 设计和交付流程

分步项目流程

1. 确认现场温度、湿度、海拔、灰尘、盐分、风力和地震条件。
2. 列出所有电气设备并收集每个制造商的热损失数据。
3. 计算总冷负荷并加上批准的膨胀裕度。
4. 选择外壳、绝缘、HVAC 方法、气压策略和冗余级别。
5. 独立的热设备、电池区、控制室和服务区。
6. 完成热、结构、防火、电气和电缆入口审查。
7. 在工厂建造 E-House，并进行质量控制记录。
8. 发货前进行工厂验收测试。
9. 在项目现场安装、连接和测试设备。
10. 完成调试、操作员培训和预防性维护计划。

根据要求进行工厂验收测试

测试计划应涵盖尺寸、吊点、油漆质量、门密封、绝缘电阻、接线检查、保护继电器设置、暖通空调操作、报警信号、照明、接地、火灾探测和通信接口。

对于高温项目，请请求在选定的室外设计条件下进行书面的 HVAC 性能审查。 供应商还应解释在一个冷却装置在满电负载下发生故障后系统的行为方式。

8. 比较常见的高温 E-House 设计方案

9. 可靠数据中心 E-House 买家清单

在批准供应商之前，请确认室外设计温度、室内温度范围、湿度限制、峰值温度冷却能力、N 加 1 或 2N 布置、过滤器等级、绝缘规格、防火等级、腐蚀防护和设备降额。

还要求提供总体布置图、热负荷计算、单线图、HVAC 控制顺序、电缆引入计划、维护间隙图、测试程序、备件清单和调试计划。 这些文件有助于防止易居制造商、电气设备供应商和现场承包商之间的责任不明确。

询问 E-House 在停电、暖通空调故障、高灰尘事件、过滤器堵塞和极端室外温度下的表现如何。 答案应包括警报、备用电源、手动操作以及预期的安全运行时间。

结论：针对高峰炎热而非平均天气进行设计

适用于高温环境的最佳数据中心 E-House 设计始于准确的站点数据和设备热损失信息。 隔热的墙壁和屋顶可减少热量增益，而尺寸正确的冗余暖通空调系统可在高峰条件下保护电气设备。 密封电缆入口、过滤空气、湿度控制、腐蚀防护和连续监控又增加了一层可靠性。

对于许多关键项目，N+1 冷却系统、15% 至 25% 的膨胀余量、正压或闭环环境控制以及完整的工厂验收测试提供了实用的起点。 普深可以根据目标项目的气候和标准调整E-House结构、电气布局、冷却系统、监控包和测试计划。

高温易居不能单凭价格来选择。 比较经过验证的冷却性能、设备降额、服务访问、环境保护、测试文件和长期维护要求。 这些细节决定了当现场达到最苛刻的运行条件时，易居能否保持稳定。