华章数据李振江、刘碧云：古建筑对数据中心节能的启发
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 1709天前 | 1055 次浏览 | 分享到:

在炎热的夏天，生活工作场所空调、风扇一刻不停，而在如此高温的天气里，古建筑却清幽凉快。下面从建造方面分析古建筑面对高温天气，还能保持清凉，舒适环境的原因。


古建筑幽凉的特点
古人的建筑屋顶基本是挑檐式结构。屋檐向外挑出一定尺寸，到了正午时分，温度较高的时候，太阳几乎位于建筑物正上方，阳光只能照射到檐柱外侧，热量被隔离在建筑外部，室内保持了凉爽。古建筑利用挑檐结构控制室内阳光照度。坡屋顶的形式使古建筑屋脊高，可减少顶部光照面积。 


古建筑屋顶在木板基层上通常会铺设一层厚度可达300mm、主要由护板灰、青灰、麻刀泥等材料组成的泥背。这些材料具有良好的隔热性能，可以吸收大量来自屋外的热量，避免过多热量直接传入室内。

古建筑木构架常用抬梁式。这种构架的特点是在柱顶或柱网上的水平铺作层上，沿房屋进深方向架数层叠架的梁，梁逐层缩短，层间垫短柱或木块，*上层梁中间立小柱或三角撑，形成三角形屋架。相邻屋架间，在各层梁的两端和*上层梁中间小柱上架檩，檩间架椽，构成双坡顶房屋的空间骨，使古建筑的顶部出现了一个架空层，夏日阳光的热量先通过屋顶泥背层进入屋顶内，架空层的过渡，才能继续往下，传向地面，经由两次缓冲与降温，大大减少进入室内的热量，使古建筑保持幽凉。多层的木构件，比起现代建筑的钢筋混凝土墙面，隔热性能要好得多。

大多数的古建筑都是坐北朝南的，尤其是宫殿，紫禁城的宫殿大多是坐北朝南。古代匠人结合中国的地理和气候特点设计*为适居的建筑，面朝南侧、开设窗户有利于夏季自然通风，到了夏天太阳升到接近头顶的时候，屋内也感觉不到阳光的强烈照射。
古建筑群体布局中轴线被广泛使用，尤其是带有强烈的礼制色彩的宫殿建筑群，中轴线与南北垂直，这种布局可减少建筑受光照面积。

数据中心借鉴古建筑元素
在数据中心中，IT关键设备通常需要进行7X24小时运行支撑业务与信息的处理需求，IT关键设备的运行，消耗大量的电能，产生出大量的热量，为了保持IT关键设备运行在规定的环境要求范围内，需要通过基础设施设备的运行，来维持IT关键设备对(温度湿度)环境的要求。这时，制冷设备制冷又消耗了大量的电能。同时，数据中心屋面建筑围护环境也直接影响着室外环境的温度状况，从而影响室外设备的功效，影响数据中心能耗。

上文从古建筑屋顶、层高、布局的建筑设计方面分析了古建筑在高温天气还能保持低温的特点，古建筑的挑檐式结构能有效控制光照面积，采用坐北朝南的布局、南窗北封的方式可达到自然通风效果，古建筑中轴线与南北垂直可减少建筑受光照面积。将古建筑特有的元素应用到数据中心建设中,从建筑围护环境、太阳辐射热、采暖通风方面来考虑数据中心建筑节能的途径与措施。

在数据中心中，通过制冷设备的运行来确保IT关键设备运行需要特定的温湿度环境，室外冷凝设备运行环境的优劣影响制冷设备的工况，优良的室外运行环境可以提高室外冷凝设备功效，从而整体提高室内蒸发设备的功效。如冷塔及空调室外机在冬季低温环境下比夏季高温环境下工况效率高。所以，数据中心制冷设备室外冷凝设备建筑物的建筑围护环境是影响制冷设备能效的重要因素，是节能的重点关注对象。
数据中心屋面可借鉴古建筑挑檐式斜坡结构，在顶层延伸柱梁，顶部做挑檐式斜坡，减少顶部光照面积，减少屋面设备冷却塔、室外机太阳辐射热量，增大室外机散热的效率，有效提高屋面设备的功效。避免高温导致冷却塔制冷效率下降、室外机散热效率降低。还可抑止影响冷却效率的藻类植物的生长繁育，减缓设备老化，提高设备使用寿命。在数据中心屋面四面做挑檐式斜坡结构，可利用大面积的坡屋面安装光伏装置，利用光伏发电，达到节能效果。
具体如下图所示：
数据中心的主机房区域通常采用无窗密闭护围，避免和减少进入室内的太阳辐射以及窗或透明幕墙的温差传热，也是降低制冷设备能耗的途径和措施。对数据中心采用有窗玻璃护围时，应该控制建筑朝向（建筑布局中轴线与南北垂直），减少建筑受光照面积，并辅助采用遮阳设施(外遮阳、内遮阳等)来减少太阳辐射量。

主机房区域采用无窗密闭护围，密闭的空间不利于通风，导致空间内湿气较重，大多空调间墙面会出现发霉的现象，特别是多雨的南方地区。古建筑布局坐北朝南，面朝南侧、开设窗户有利于夏季通风，借鉴古建筑自然通风优点，数据中心可在楼梯间开设风口，采用自然通风解决走廊（辅助区域）自然换气。

总结
本文借鉴古建筑元素，从建筑围护环境、太阳辐射热、采暖通风的方面来考虑数据中心建筑节能的途径与措施。以改善建筑物的维护环境，减少太阳辐射热，提高制冷设备系统的能效比为节能目标，对数据中心建筑的有关节能途径与措施进行了探讨。期望能为数据中心的节能提供一些建议与参考。