某電子信息數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

張亞真

中元（廈門）工程設(shè)計研究院有限公司（361004）

某電子信息數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

張亞真

中元（廈門）工程設(shè)計研究院有限公司（361004）

闡述了漳州市某電子信息數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計特點，介紹數(shù)據(jù)機(jī)房的氣流組織，以及為保證數(shù)據(jù)機(jī)房安全運(yùn)行設(shè)置的備用系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)機(jī)房；空調(diào)系統(tǒng)；氣流組織；安全；備用

1 工程概況

本項目為某公司云計算數(shù)據(jù)中心，位于漳州開發(fā)區(qū)“招商局·芯云谷”一期，面向廈漳泉潮和臺灣區(qū)域承接云計算業(yè)務(wù)，打造大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、文化旅游服務(wù)平臺、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)支撐平臺及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)支撐平臺，總建筑面積約7 848 m2。該數(shù)據(jù)中心建成后，將為漳州發(fā)展智慧城市提供優(yōu)質(zhì)的硬件支撐及軟件服務(wù)。同時，也為芯云谷園區(qū)內(nèi)引進(jìn)的信息技術(shù)企業(yè)提供高效優(yōu)質(zhì)的公共服務(wù)平臺、研發(fā)平臺等，有效提升漳州開發(fā)區(qū)服務(wù)水平。本次主要闡述數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。

2 設(shè)計參數(shù)及空調(diào)負(fù)荷

《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》GB 50175-2008規(guī)定:根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會中的重要性確定所屬級別，電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)劃分為A、B、C三級，對各級機(jī)房提出相應(yīng)的環(huán)境要求[1]。本項目數(shù)據(jù)機(jī)房確定為A級，室內(nèi)設(shè)計參數(shù)要求參見表1。

表1 數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計參數(shù)

同時要求機(jī)房內(nèi)新風(fēng)量按照換氣次數(shù)1次/h計算，正壓度保持：室內(nèi)外壓差大于10 Pa，鄰室壓差大于5 Pa。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 空調(diào)系統(tǒng)

本項目地處夏熱冬暖地區(qū)，數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)負(fù)荷包括:機(jī)房設(shè)備負(fù)荷，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷，人體、照明散熱負(fù)荷，新風(fēng)負(fù)荷及濕負(fù)荷。其負(fù)荷的顯著特點是數(shù)據(jù)處理設(shè)備顯熱負(fù)荷很大，濕負(fù)荷很小。其主要空調(diào)負(fù)荷是設(shè)備負(fù)荷，送風(fēng)量大，全年供冷運(yùn)行，設(shè)備冷負(fù)荷密度高且運(yùn)行較為穩(wěn)定，新風(fēng)負(fù)荷小。

考慮目前各空調(diào)系統(tǒng)的特點及數(shù)據(jù)機(jī)房的使用要求及負(fù)荷特點，本項目數(shù)據(jù)機(jī)房采用集中式水冷空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，還可以在空調(diào)系統(tǒng)供電出現(xiàn)問題情況下，通過設(shè)置蓄冷裝置實現(xiàn)供冷延時，對制冷系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性有了實質(zhì)性的提高。為了使機(jī)房內(nèi)的空調(diào)機(jī)組不產(chǎn)生冷凝水，提高數(shù)據(jù)機(jī)房的安全性，空調(diào)冷凍水供回水溫度由7～12℃提高到13～19℃。同時，供回水溫度的提高，使冷水機(jī)組的COP值更高，系統(tǒng)節(jié)能性更好。

本項目根據(jù)工藝布置機(jī)柜數(shù)據(jù)，設(shè)置的服務(wù)器機(jī)柜有802個(工藝設(shè)計參數(shù))[3]。經(jīng)計算，數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)總冷負(fù)荷為4 484 kW，機(jī)組采用2臺制冷量為2 461 kW的高溫高效離心式變頻冷水機(jī)組(一用一備)和2臺制冷量為1 243 kW的高溫磁懸浮離心式冷水機(jī)組(主用)，實現(xiàn)N+1備份，冷凍水溫度為13～19℃。應(yīng)急備用冷源選用2臺100 m3的在線式蓄冷罐，15 min應(yīng)急備用。蓄冷溫度13～14℃，釋冷終溫19℃。

在輸配系統(tǒng)方面，空調(diào)供回水管采用可進(jìn)行在線維修的環(huán)狀雙路布置。即冷凍供回水管分別在一層先做環(huán)管，再通過豎管到達(dá)各樓層，在每樓層做環(huán)管接到空調(diào)；冷卻水管分2路供回水立管到頂部組成網(wǎng)接入冷卻塔。

3.2 空調(diào)末端系統(tǒng)

空調(diào)末端系統(tǒng)采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，末端采用房間級精密空調(diào)機(jī)組控制房間溫度，濕膜式恒濕機(jī)控制房間濕度。數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)采用上送風(fēng)，側(cè)回風(fēng)的冷凍水型房間級精密空調(diào)機(jī)組，氣流組織采用冷通道封閉方式。并使用直膨式風(fēng)冷空調(diào)新風(fēng)機(jī)組，保持機(jī)房內(nèi)的正壓要求。新風(fēng)入口處設(shè)置初、中效過濾器。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備采用定送風(fēng)量變送風(fēng)溫度的方式。冷水管設(shè)電動二通閥，通過感溫元件測得室溫變化，改變進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備冷水流量，實現(xiàn)空調(diào)區(qū)域溫度自動控制。每個數(shù)據(jù)機(jī)房采用1~2臺濕膜式恒濕機(jī)控制房間濕度。用于變電配電房（含UPS）及電池室采用機(jī)房專用降溫空調(diào)機(jī)組，上送風(fēng)，正面回風(fēng)，N+1冗余。

4 氣流組織設(shè)計

美國電信協(xié)會TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》中要求，數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)計算機(jī)設(shè)備及機(jī)架采用冷熱通道的安裝方式，即機(jī)柜采用“背靠背，面對面”的形式擺放，在兩列機(jī)柜的正面面對通道中間的架空地板上設(shè)置空調(diào)送風(fēng)口，在這兩列機(jī)柜之間形成一個“冷通道”。冷空氣流經(jīng)設(shè)備后形成的熱空氣，排到兩排機(jī)柜背面中的“熱通道”中，通過熱通道上方布置的回風(fēng)口回到空調(diào)系統(tǒng)[2]。采用冷熱通道布置的方式，能使整個機(jī)房冷空氣和熱空氣不混合，使整個機(jī)房氣流、能量流流動暢通，提高機(jī)房精密空調(diào)的利用率,進(jìn)一步提高制冷效果。

但是由于采用冷熱通道設(shè)計，與規(guī)范要求的數(shù)據(jù)機(jī)房房間的設(shè)計溫濕度參數(shù)不同，冷熱通道空調(diào)溫濕度設(shè)計參數(shù)宜按表2執(zhí)行。

表2 數(shù)據(jù)機(jī)房冷熱通道設(shè)計參數(shù)

本項目采用密閉冷通道，冷通道為1.2 m，通道內(nèi)設(shè)LED照明，兩端要求安裝旋轉(zhuǎn)雙開門，帶隱型閉門器。同時空調(diào)設(shè)置有接水盤，用于管道的安裝接口老化或者安裝不緊密，導(dǎo)致小量水分從接口滲出的情況。水分下流至接水盤后傾斜流至冷通道接水槽（玻璃膠封住接口），最后流向地漏。空調(diào)氣流組織采用下送上回，空調(diào)機(jī)組輸送冷空氣進(jìn)入密閉冷通道，通過地面空調(diào)風(fēng)口送風(fēng)，回風(fēng)通過熱通道經(jīng)由吊頂進(jìn)行回風(fēng)。

5 空調(diào)系統(tǒng)安全

為了保證數(shù)據(jù)中心全年不間斷供冷，需要進(jìn)行互為備用及多樣性的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，以保證空調(diào)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，避免由于空調(diào)系統(tǒng)故障影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行。主要措施有以下幾方面:

5.1 空調(diào)系統(tǒng)冷源的備用

空調(diào)系統(tǒng)制冷主機(jī)選型按照N+1的冗余，為了減少初期產(chǎn)生的喘振問題，采用大小機(jī)搭配，小機(jī)設(shè)置1臺冗余。小機(jī)采用磁懸浮離心變頻冷水機(jī)組，大機(jī)房采用離心變頻冷水機(jī)組。空調(diào)水系統(tǒng)管道設(shè)置雙回路或環(huán)狀管網(wǎng)供回水,滿足在線維護(hù)，保證空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行不受影響。冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵均為變頻運(yùn)行控制，水泵運(yùn)行處于高效區(qū)，冷卻水系統(tǒng)管道分2路供回水立管到頂部組成網(wǎng)接入冷卻塔。冷凍水定壓采用2套儲水壓力罐，互為備用，保證空調(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5.2 空調(diào)末端系統(tǒng)的備用

各數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)置房間級精密空調(diào)（帶EC風(fēng)機(jī)），N+25%冗余，具體設(shè)置為同一空調(diào)機(jī)房內(nèi)小于4臺精密空調(diào)+1臺備用，大于等于4臺精密空調(diào)+2臺備用，保證任何一臺機(jī)組發(fā)生故障都有備用空調(diào)替代，同時合理分配每臺精密空調(diào)的運(yùn)行時間。冷源系統(tǒng)及冷凍水末端空調(diào)間隔閥為雙閥，以保證系統(tǒng)可靠性。機(jī)房末端空調(diào)系統(tǒng)均為交叉供電，降低因供電系統(tǒng)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)機(jī)房斷電的風(fēng)險。

5.3 供電故障時空調(diào)系統(tǒng)的延時運(yùn)行

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生供電故障時，設(shè)置不間斷電源（UPS）提供給冷水循環(huán)泵，并通過設(shè)置的不少于2臺的在線式蓄冷罐，可滿足15 min以上供冷時間，在電力故障時柴油發(fā)電機(jī)組啟動后冷水機(jī)組重啟期間維持設(shè)備運(yùn)行一段時間，給空調(diào)系統(tǒng)恢復(fù)供冷提供一定的緩沖時間，保證數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行。

5.4 數(shù)據(jù)機(jī)房的防水和空調(diào)機(jī)房排水系統(tǒng)

空調(diào)機(jī)房設(shè)置良好的排水系統(tǒng)，同時數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)置環(huán)境動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),可嚴(yán)密監(jiān)測機(jī)房內(nèi)溫濕度，且當(dāng)冷凝水發(fā)生泄漏或產(chǎn)生結(jié)露水時候，可發(fā)出警報，由值班人員進(jìn)行排查處理。

6 設(shè)計體會

隨著互聯(lián)網(wǎng)日新月異的發(fā)展，云計算數(shù)據(jù)中心建設(shè)已成為趨勢。從低密度的數(shù)據(jù)機(jī)房發(fā)展到現(xiàn)階段的高密度數(shù)據(jù)機(jī)房，大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目也越來越多，因此也需要與之相匹配和互補(bǔ)的基礎(chǔ)設(shè)置，如供配電、空調(diào)及相關(guān)環(huán)境支持系統(tǒng)。其中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮其氣流組織，在高負(fù)荷情況下，設(shè)置冷熱通道使送回風(fēng)互不混合，減少能耗，同時考慮設(shè)置備用系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)機(jī)房安全運(yùn)行。

[1]中國電子工程設(shè)計院.GB 50174-2008,電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[2]美國電信協(xié)會.TIA-942,數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)[S].