數據中心空調設計淺析

摘要 隨著網絡時代的發展，服務器集成度的提高，數據中心機房的能耗急劇增加，這就要求數據中心的空調設計必須高效、節能、合理、經濟，本文結合某工程實例淺談下數據中心空調的特點和設計思路。

關鍵詞：數據中心 氣流組織 機房專用空調 節能措施

數據中心是容納計算機房及其支持區域的一幢建筑物或是建筑物中的一部分。數據中心空調系統的主要任務是為數據處理設備提供合適的工作環境，保證數據通信設備運行的可靠性和有效性。本文結合工程實例淺析一下數據中心機房空調設計的特點和機房空調的節能措施。

一、冷源及冷卻方式

數據中心的空調冷源有以下幾種基本形式：直接膨脹風冷式系統、直接膨脹水冷式系統、冷凍水式系統、自然冷卻式系統等。

數據中心空調按冷卻方式主要為三種形式：風冷式機組、水冷式機組以及雙冷源機組。

二、空調設備選型

（1）空氣溫度要求

我國《電子信息系統機房設計規范》（ GB50174—2008 ） 中規定：電子信息系統機房劃分成 3級。對于A級與B級電子信息系統機房，其主機房設計溫度為2 3±1°C，C級機房的溫度控制范圍是1 8—2 8°C 。

（2）空氣濕度要求

我國《電子信息系統機房設計規范》（GB50174—2008 ） 中規定：電子信息系統機房劃分成3級。對于A級與B級電子信息系統機房，其主機房設計濕度度為40—55%，C級機房的溫度控制范圍是40—60%。

（3）空氣過濾要求

在進入數據中心機房設備前，室外新風必須經過濾和預處理，去除塵粒和腐蝕性氣體。空氣中的塵粒將影響數據機房設備運行。

（4）新風要求

數據中心空調系統必須提供適量的室外新風。數據通信機房保持正壓可防止污染物滲入室內。

三、氣流組織合理布置

數據中心的氣流組織形有下送上回、上送側回、彌漫式送風方式。

1.下送上回

下送上回是大型數據中心機房常用的方式，空調機組送出的低溫空氣迅速冷卻設備，利用熱力環流能有效利用冷空氣冷卻率，如圖1所示為地板下送風示意圖：

圖1地板下送風示意圖

數據中心內計算機設備及機架采用“冷熱通道”的安裝方式。將機柜采用“背靠背，面對面”擺放。在熱空氣上方布置回風口到空調系統，進一步提高制冷效果。

2.上送側回

上送側回通常是采用全室空調送回風的方式，適用于中小型機房。空調機組送風出口處宜安裝送風管道或送風帽。回風可通過室內直接回風。如圖2所示為上送側回示意圖：

圖2上送側回示意圖

四、節能措施

1、選擇合理的空調冷源系統方式

在節能型數據中心空調冷源形式的選擇過程中，除了要考慮冷源系統形式的節能性以外，還要綜合考慮數據中心的規模、數據中心的功率密度、數據中心的投資規模、工作人員的維護能力、數據中心所在地的氣候條件以及數據中心的基礎條件等。

2、設計合理的室內空氣溫濕度

越低的送風溫度意味著越低的空調系統能量利用效率。筆者認為冷通道設計溫度為l5—22℃，熱通道為25—32℃。

3、提高氣流組織的效率

數據中心空調氣流組織應盡量避免擴散和混合。在數據中心機房內提高氣流組織的效率就要避免冷熱空氣的混合，使空調產生的冷量能夠充分被計算機設備利用更好地來冷卻CPU和各種芯片。

五、案例論述：

1 項目概述

該項目位于青島市，總建筑面積為21915m2，地下一層，地上四層，數據機房位于地下室部分和首層，IDU機房及輔助用房總建筑面積約為5000 m2。其中包括五個IDU機房、一個核心機房、一個UPS機房、一個低壓配電室、一個高壓配電室和一個電池間。見圖3首層空調平面布置圖。

圖3首層空調平面布置圖

2 設計參數及空調方案分析.

2.1 室內設計參數（見表1）

2.2 機房空調冷負荷的構成

機房空調負荷包括：由機房內設備的散熱、圍護結構傳熱、通過外窗進入的太陽輻射熱、人體散熱、照明裝置散熱引起的負荷，新風負荷及伴隨各種散濕過程產生的潛熱負荷。該項目的設備散熱量為3105 KW，加上UPS間設備散熱量及圍護結構冷負荷后，需由機房專用空調承擔的冷負荷約為3405KW。

2.3 空調系統冷源及水系統

空調冷源采用待自然冷卻的功能風冷冷水機組，本項目采用四臺冷量為1200KW的待自然冷卻的風冷冷水機組（三用一備）。冷凍水采用一次泵系統變流量運行，冷凍水供回水溫度為10/15°C。精密空調機組自帶電動三通閥，冷凍水管道設計成環路，及按照雙路設計。

2.4空調方式

（1）IDU機房： 精密空調機組安裝在IDU機房內，同機架排列方向垂直，冗余配置。空調室內末端向活動地板下供應冷卻空氣，并通過有孔地板或格柵風口根據機架和設備的需要向冷通道內輸送冷卻空氣。熱通道內出來的回流熱空氣通過機柜上部空間回至空調室內末端。

（2）核心機房：核心機房采用2臺制冷量160.4kw的精密空調機組，由于核心機房C列內安裝有高熱密度機柜，額定功耗在18kW。

3 空調自控系統

3.1空調房間的溫度控制

精密空調自帶現場控制器（DDC）根據房間溫度信號控制變頻器調節送風機轉速，通過調節送風量使室溫恒定。

3.2冷凍機根據用戶端的負荷和機器運行供冷能力自動選擇冷凍機運行臺數，滿足末端用冷需求。

4 節能環保

采用帶自然冷卻的冷水機組，可起到良好的節能效果；采用高效率的冷水機組、水泵，從設備自身降低能耗；空調冷凍水泵、精密空調風機采取調速措施，降低能耗；提高冷凍水供、回水溫度，從而提高冷凍機運行效率；適當增大冷凍水的供、回水溫差，以減小水泵流量從而實現節能；空調系統設有完備的自動控制系統，實現空調系統的智能化運行，可靠、節能；冷水機組、水泵等選用低噪聲設備，其進出口接管處均設置柔性接管，底部設置減振臺座或橡膠減振墊；空調系統供回水管均采用難燃型閉泡橡塑絕熱材料保溫，可靠、保溫效果好，風管絕熱層最小熱阻為0.80m2K/W。

結語：

計算機空調系統是計算機房設計的關鍵，該系統必須保證計算機系統能夠連續穩定地運行，排除計算機設備及其他熱源所發出的余熱，維持機房內恒溫恒濕的要求。如何保證機房內的溫度、濕度、潔凈度和氣流速度符合要求，主要依靠機房空調系統來實現。

參考文獻：

[1]《電子信息系統機房設計規范》 （ GB50174 — 2008 ） 北京：中國計劃出版社，2009

[2]陸耀慶.《實用供熱空調設計手冊》2版.北京：中國建筑工業出版社，2008

[3]馬最良，姚楊.《民用建筑空調設計》.北京：化學工業出版社，2003