摘要：内蒙古和林格尔新区作为国家“东数西算”工程的重要枢纽节点，凭借其优越的能源禀赋、凉爽的气候条件和战略地理位置，正迅速发展成为国家级数据中心集聚区。然而，该地区地处蒙古高原，属典型的温带大陆性季 风气候，风沙活动频繁，沙尘暴问题尤为突出。这对要求极高洁净度和运行稳定性的数据中心构成了严峻挑战。本文旨在系统性地探讨和林格尔数据中心的防风沙设计策略，从宏观的总体规划、中观的建筑本体设计、微观的关键构 造节点以及核心的间接蒸发冷却技术四个层面，进行深入剖析与集成研究，以构建一套多层次、全方位的综合防护体系，为和林格尔乃至同类型风沙地区数据中心的绿色、安全、可靠建设提供理论依据与实践参考。关键词：建筑构造、防风固沙、间接蒸发冷却、空气处理

引言

“东数西算”国家战略的推进，将内蒙古和林格尔推向了全国算力网络的核心舞台。数据中心的能耗巨大，其中制冷系统的能耗占比高达 30%-40% 。和林格尔地区年均气温较低，为使用自然冷源提供了得天独厚的条件，特别是间接蒸发冷却技术，已成为该地区数据中心实现低能耗（低PUE）的关键技术路径。

然而，机遇与挑战并存。和林格尔地区春季大风天气多，年平均风速较高，且毗邻沙漠、沙地，空气中悬浮颗粒物浓度在风沙天气下急剧升高。沙尘对数据中心的危害主要体现在：

设备物理损害：沙尘侵入服务器、交换机等精密设备内部，会造成电路板短路、元器件磨损、接触不良，严重时导致设备故障甚至宕机。

过滤器快速堵塞：高浓度沙尘会使各级空气过滤器在短时间内达到容尘极限，导致过滤器更换频率激增，运维成本提高，并可能因风阻过大影响送风量。

散热效率下降：沙尘附着在散热翅片、过滤器表面，形成隔热层，严重阻碍换热效率，导致芯片温度升高，制冷能耗增加，甚至触发过热警报。

⋅ 对间接蒸发冷却系统的特殊挑战：该技术的核心是通过空气与水（或湿帘）的间接接触进行换热。沙尘与水汽结合，极易在换热器通道内形成泥浆状沉积物，堵塞流道，腐蚀翅片，使其效能急剧衰减甚至完全失效。

因此，传统的、仅依赖于提高过滤器等级的单点防护策略已不足以应对和林格尔的极端风沙环境。必须采用一种系统性的、贯穿于数据中心建设全过程的综合防风沙设计理念。本文即是从规划、建筑、构造、技术四个维度，对此理念进行展开论述。

1 总体规划防风沙设计

总体规划是防风沙体系的第一道防线，旨在从场地布局上规避和削弱风沙的影响。

1.1 场地选择与微气候分析

在选址阶段，除考虑地质、电力、网络等常规因素外，应进行专项的风玫瑰图与沙尘路径分析。优先选择地势较高、背风向阳的区域，避开风口、沙丘移动路径和本地尘源（如裸露的农田、施工工地）的下风向。利用地理信息系统（GIS）和计算流体动力学（CFD）模拟，分析场地在不同季节、不同风向下的风速流场和颗粒物浓度分布，为建筑布局提供科学依据。

1.2 总平面布局优化

建筑朝向：数据机房楼、动力楼等核心建筑的长边应尽量避免与当地主导风向（特别是强风沙季节的主导风向）垂直，以减少风压和迎风面的沙尘渗透量。宜采用与主导风向呈一定角度（如30°60°）的布局，或使建筑山墙面迎向主风向。

建筑群体组合：采用密集、紧凑的建筑群体布局，形成有效的风影区。将数据中心主体建筑布置在场地中心或背风侧，而将办公楼、运维楼等对洁净度要求较低的辅助建筑布置在迎风面，作为“挡风墙”或“过滤带”，为主体建筑创造相对洁净的微环境。

绿化与景观防护体系：建立多层次、立体化的防风固沙绿化带。

外围防护林：在场地外围，特别是上风向，种植宽度不少于30～50 米的乔灌草混合林带，选择耐旱、根系发达、抗风沙的乡土树种（如杨树、沙棘、柠条等），以有效降低风速、拦截大颗粒沙尘。

♢ 内部绿化：在场地内部，通过草坪、灌木丛和地面硬化相结合的方式，实现“黄土不露天”，最大限度地减少本地扬尘。

1.3 交通与物流组织

优化场地内道路流线，将物流出入口、卸货区设置在主导风向的下风向或侧风向，避免运输车辆扬尘直接吹向核心建筑的新风口。对场地内道路和停车场进行硬化处理，并定期清扫。

2 建筑本体防风沙设计

建筑本体是抵御风沙的直接物理屏障，其设计的核心在于“密闭”与“缓冲”。

2.1 建筑形态与体量设计

简约设计：避免采用过多的凹凸变化、装饰线条和屋顶构架，这些部位容易积存沙尘并在风力作用下形成涡流，增加沙尘渗透风险。建筑外形应力求简洁、完整、流线型，减少风阻和积尘点。

♢ 密闭设计：数据机房楼应遵循高密闭性设计原则，尽可能减少外墙上的开洞。将所有不必要的门窗、孔洞进行整合与消除，形成一个完整的、高气密性的围护结构。

2.2 出入口缓冲空间设计

对于必须设置的出入口，必须建立有效的空气闸锁系统。

人物分流：设置独立的人员出入口和设备物资出入口。

♢ 双重门禁与风淋：在主入口处设置前后两道密闭门（如快速卷帘门与平移密封门组合），形成气闸室。人员进入时，需遵循“一道门开～进入～一道门关～风淋（清除衣物表面浮尘）～二道门开～进入～二道门关”的流程。大型设备入口则应考虑设置设备除尘间，在设备进入机房前进行清洁处理。

$$ 正压设计：维持数据机房内部相对于室外和走廊维持一定的正压，主机房与其他房间、走廊的压差不宜小于5Pa，与室外静压差不宜小于 10Pa 。确保当围护结构存在微小缝隙时，室内洁净空气会向外渗出，从而有效阻止室外含尘空气的侵入。

2.3 外围护结构性能要求

$$ 墙体与屋面：应采用保温、防火、气密性一体化的高性能围护系统。墙体和屋面的平均传热系数（K值）应满足严寒地区节能标准，同时其气密性应达到高标准，接缝处采用耐久性好的密封材料和处理工艺。

门窗与幕墙：尽可能少设或不设外窗。如因采光或美观需要设置，必须采用固定窗或高气密性的多腔体断桥铝合金窗，配以中空玻璃。所有门窗的启闭缝隙处必须设置高性能密封胶条。外窗应设置外部遮阳，外窗的气密性应符合现行国家标准《建筑外窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7016，遮阳系数应符合现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189 的有关规定。

3 关键构造节点与密闭性设计构造节点的精细化设计是保证建筑整体密闭性的关键。

3.1 穿墙管线密封

电缆桥架、水管等大量管线需穿越机房墙体，这些孔洞是沙尘侵入的主要路径。

集中穿墙：规划专用的管线竖井和穿墙区域，将所有管线集中布置，便于统一封堵。

◊ 分级封堵：

（1）（结构性封堵）：采用防火泥、防火发泡胶等柔性材料对管线与墙体之间的缝隙进行初步填塞。（2）（密闭性封堵）：在内外两侧，采用钢制压板配合橡胶密封圈或高分子密封胶，对孔洞进行气密性密封。

♢ 对于大型洞口：可预制带有多重密封圈的模块化穿墙板。

3.2 设备搬运通道密封

大型服务器机柜的搬运需要通过尺寸巨大的搬运口。此处的密封是难点也是重点。

⋅⋅⋅ 采用高性能密封门：如垂直升降密封门或液压密封门，其门框和门扇边缘嵌有充气式密封条，在关闭时可充气膨胀，实现与门洞的紧密贴合，气密性远超普通卷帘门。

◊ 设置门槛：搬运口地面设置一定高度的挡水门槛，兼作防尘坎。

3.3 建筑缝隙处理

对建筑伸缩缝、墙板接缝、门窗安装缝等所有可能存在的缝隙，均需制定专项的密封方案，选用耐老化、弹性好的硅酮、聚氨酯等密封胶进行连续、无遗漏的密封处理。

4 间接蒸发冷却系统的防风沙适应性设计

间接蒸发冷却技术是和林格尔数据中心的“节能心脏”，但其对沙尘尤为敏感，必须进行针对性的强化设计。

4.1 系统原理与风沙脆弱性认识

间接蒸发冷却机组通常由“干通道”（与室内回风换热）和“湿通道”（与室外新风换热）组成，通过板翅式换热器或热管进行间接换热。其脆弱点在于：

◊ 湿通道：室外新风携带沙尘进入，与喷淋水或湿帘蒸发产生的水汽混合，沙尘极易附着在湿通道的换热翅片和箱体壁上，形成难以清除的泥垢。

◊ 换热芯：泥垢堵塞换热器流道，导致风阻增大、风量减小、换热效率暴跌。同时，沙尘中的化学物质可能腐蚀铝制翅片。

4.2 空气处理流程强化设计

针对上述脆弱性，需对空气处理流程进行多级、高效的净化。

◊ 第一级（初效过滤）：在新风口处设置G4 级初效过滤器，主要拦截柳絮、树叶、大颗粒沙尘。此级过滤器应便于拆卸清洗，以应对高粉尘负荷。

◊ 第二级（中效过滤）：在机组内部，湿通道的进风侧，增设F7-F9 级中效袋式过滤器。这是保护换热芯体的核心屏障，能有效去除大部分细颗粒粉尘。

◊ 第三级（自清洁系统）：

（1）喷淋冲洗系统：在湿通道的换热芯体迎风面设置一排喷淋嘴，定期（如每天夜间）用高压水对翅片进行喷洗，冲走附着在上面的泥尘。机组底部应设计大坡度排水槽和排污阀，确保污水能迅速彻底排出。

（2）“微雾化”或“干式”技术：考虑采用高压微雾化喷头替代传统大水滴喷头，或采用陶瓷湿帘等不易板结的材料，减少泥浆的形成。在极端情况下，甚至可以评估“干式间接冷却”（仅通过换热器冷却，不开启加湿）模式的适用时间，以保护机组。

◊ 第四级（运行策略优化）：

风沙天气智能联动：将机组控制系统与园区环境监测站（实时监测PM10、风速）联动。当PM10 浓度超过预设阈值时，系统自动执行以下操作：

（1）适当降低风机频率，减少单位时间内的进尘量。

（2）提高湿通道过滤器的压差报警阈值，提醒运维人员关注（3）在保证制冷需求前提下，尽可能延长“干模式”运行时间，规避湿通道的泥垢风险。

（4）增加喷淋自清洁的频率。

4.3 设备选型与维护的特别考量

◊ 设备选型：应选择专为风沙地区设计的加固型间接蒸发冷却机组。其特点包括：更厚的换热翅片间距（ tan≈2.5mm ）以降低堵塞风险；箱体和换热芯体采用耐腐蚀涂层（如环氧树脂涂层铝翅片）；配备更强大的过滤系统和自清洁功能。

◊ 维护通道设计：在机房设计和机组布置时，必须为过滤器的频繁更换和换热芯体的定期人工清洗预留充足的运维空间和便捷的检修门。

5 构建综合防护体系

规划、建筑、构造、技术四个层面的设计并非孤立存在，而是一个有机的整体，需要通过集成设计实现协同增效。

◊ 规划与建筑的协同：总图布局决定了建筑所处的风沙环境强度，而建筑本体的密闭性设计则是对该强度最直接的回应。例如，处于上风向的建筑，其外围护结构和出入口的气密性要求应高于下风向建筑。

◊ 建筑与技术的协同：建筑为间接蒸发冷却机组提供了安装平台和进风环境。新风口的位置（应设置在背风侧、高处，远离本地尘源）需要建筑专业与技术专业共同确定。建筑设计的正压环境，为技术系统提供稳定的内部环境，降低其过滤负荷。

◊ 构造与运维的协同：所有密闭构造的设计，都必须考虑到未来运维的便利性。例如，穿墙封堵系统应便于后期线缆的增删改；机组检修门的大小和位置应满足核心部件更换的需求。

最终，应建立一个基于BIM 的数字化设计平台，将防风沙设计策略可视化、参数化，并在设计阶段进行冲突检测和性能模拟，确保各专业之间的无缝衔接。

6 结束语

和林格尔数据中心的建设，是把握“东数西算”历史机遇与应对严峻自然环境挑战的统一。本文系统地提出了一套从宏观到微观、从被动防御到主动适应的综合防风沙设计策略：

◊ 在总体规划层面：通过科学的场地选择、优化的布局和生态防护林带，从源头上削弱和规避风沙影响。

◊ 在建筑本体层面：秉持“密闭空间”和“缓冲空间”的设计理念，通过简洁的形态、气闸室系统和正压环境，构建坚固的物理屏障。

◊ 在关键构造层面，聚焦于穿墙管线、设备通道和建筑缝隙的精细化密封，堵住所有潜在的沙尘渗透路径。

◊ 在间接蒸发冷却技术层面，通过“多级过滤+自清洁系统+智能运行策略”的强化设计，确保数据中心“节能心脏”在风沙环境下的长期、高效、稳定运行。

未来，随着新材料、新技术的不断发展，和林格尔数据中心的防风沙设计还将进一步深化。例如，探索具有自清洁功能的纳米涂层应用于建筑外立面和换热芯体；利用人工智能和大数据模型，实现对风沙天气的更精准预测和制冷系统的更智能预判调节；进一步推动无水或微水冷却技术的应用，从根本上消除沙尘与水结合产生泥垢的风险。

唯有通过这种多维度、全专业的深度融合与持续创新，才能将和林格尔数据中心真正打造成为一个既绿色节能又坚不可摧的“沙漠绿洲”，为国家算力基础设施的安全可靠运行保驾护航。

参考文献：

[1] 《数据中心设计规范》 GB50174

[2] 《建筑外窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》 GB/T7016，

[3] 《公共建筑节能设计标准》 GB50189