數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)設(shè)計

馬天順

【摘要】本文對數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)負荷特點進行分析，進而提出合理的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計以及冷熱源配置。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)負荷特點；空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計；冷源配置

Data center room air conditioning design

Ma Tian-shun

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】This paper analyzes the characteristics of air conditioning load in the data center room， and then puts forward the reasonable air conditioning system design and cold and heat source configuration.

【Key words】Data center room air conditioning load characteristics；Air conditioning system design；Cold source configuration

1. 前言：

近年來，許多重要的工作都離不開信息處理，所以在民用建筑中，越來越多的新建工程里，都配備數(shù)據(jù)中心機房，面積在幾百平米到幾千平米不等。針對在民用建筑中出現(xiàn)的此類機房，它的空調(diào)系統(tǒng)與民用建筑有所不同。本文將對數(shù)據(jù)中心機房的空調(diào)設(shè)計，從以下五個方面進行分析：數(shù)據(jù)中心的分類，數(shù)據(jù)中心的環(huán)境要求，空調(diào)負荷特點，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，冷源配置。

2. 數(shù)據(jù)中心的分類

按規(guī)模，數(shù)據(jù)中心可以分為超大型數(shù)據(jù)中心、大型數(shù)據(jù)中心、中型數(shù)據(jù)中心和小型數(shù)據(jù)中心，甚至還有迷你數(shù)據(jù)中心。從運營層面，數(shù)據(jù)中心可以分為企業(yè)自用數(shù)據(jù)中心、第三方托管數(shù)據(jù)中心。從機房可用性角度將電子信息機房定義為A、B、C三類，其中A類要求最高。

3. 數(shù)據(jù)中心的環(huán)境要求

（1）機房溫度要求。

在正常工作的服務(wù)器中，一般CPU的溫度最高，當(dāng)電子芯片的溫度過高時，非常容易出現(xiàn)電子漂移現(xiàn)象，服務(wù)器就可能出現(xiàn)宕機甚至燒毀。數(shù)據(jù)中心溫度是確保服務(wù)器等IT設(shè)備正常穩(wěn)定運行的先決條件，溫度對設(shè)備的電子元器件、絕緣材料以及存儲介質(zhì)都有較大的影響。電子信息設(shè)備運行時會產(chǎn)生極大的顯熱量，當(dāng)電子信息設(shè)備較長時間處于高溫或較大溫度變化梯度的環(huán)境中時，可能因溫度過高而出現(xiàn)宕機現(xiàn)象，溫度長期過高，可使數(shù)據(jù)處理設(shè)備工作環(huán)境惡化，將縮短電子信息設(shè)備的使用壽命，也使電子信息設(shè)備的可靠性降低。 因此機房環(huán)境溫度與設(shè)備運行的可靠性之間有必然聯(lián)系。 《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）中對相應(yīng)機房的設(shè)計溫度也做了規(guī)定。對于數(shù)據(jù)中心來講，均應(yīng)按A級與B級要求控制主機房溫度，其主機房設(shè)計溫度為23±l℃，C級機房的溫度控制范圍是18-28℃，機房不工作時，其溫度應(yīng)控制在5-35℃。輔助機房的控制范圍為18-28℃。另外對于不間斷電源（UPS）和電池室要求溫度控制在15-25℃。

（2）環(huán)境溫度變化率要求。

電子信息設(shè)備制造商提出了電子信息設(shè)備允許環(huán)境溫度變化率的要求，以 避免環(huán)境溫度的突然變化對電子信息設(shè)備造成沖擊。國標(biāo)推薦的溫度變化率為小于5℃/h。ASHRAE推薦最大環(huán)境溫度變化速率為5℃/h。磁帶和存儲設(shè)備對溫度變化速率要求更高，相關(guān)廠家一般要求其環(huán)境溫度變化速率小于2℃/h，濕度變化速率小于5%/h。電子信息設(shè)備不工作時可以允許其環(huán)境溫度在一個較大范圍內(nèi)變化，但需要開啟數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)，以維持最低的運行工況，避免電子信息設(shè)備受到熱沖擊。

（3）相對濕度要求。

《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》中推薦機房的濕度為：A級與B級機房要求控制主機房濕度40%～55%，其輔助機房的濕度的控制范圍為35%～75%。

（4）空氣過濾要求。

《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》中要求A級和B級主機房的含塵濃度，在靜態(tài)條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5μm 的塵粒數(shù)應(yīng)少于18000粒。主機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)用循環(huán)機組宜設(shè)初或中效過濾器。新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)初、中效空氣過濾器，宜設(shè)亞高效過濾器。

（5）新風(fēng)要求。

《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》中空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量應(yīng)取下列二項中的最大值：維持室內(nèi)正壓所需風(fēng)量；按工作人員計算，每人40m3/h。對于無人機房新風(fēng)可取自走廊、樓梯間等室內(nèi)空間。

4. 數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)負荷的特點

機房主要負荷來自于設(shè)備散熱。根據(jù)《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008），室內(nèi)計算參數(shù)如下：

設(shè)計中遇到的機房一般為A級或B級，且考慮設(shè)備為開機狀態(tài)。

機房內(nèi)空調(diào)最顯著的特點：

（1）設(shè)備散熱量大，散濕量小（主要散濕量來自于工作人員）。室內(nèi)負荷特點：為常年穩(wěn)定的冷負荷，空氣處理過程接近于等濕冷卻的干式降溫過程。

（2）空調(diào)送風(fēng)焓差小、風(fēng)量大。換氣次數(shù)：電子計算機房為20～70次/h，程控交換機房為30～60次/h。

（3）為保證正壓要求，一般要求設(shè)新風(fēng)系統(tǒng)和相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)機房全年不間斷運行，要求數(shù)據(jù)系統(tǒng)具備高可靠性，因此也要求機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)具備相當(dāng)高的可靠性。

（5）溫度控制的精度要求高并且穩(wěn)定。數(shù)據(jù)機房不僅要求溫度的波動幅度不能超過規(guī)定的范圍，也對溫度變化的幅度也有明確的要求，一般小于5℃/h。

（6）由于要求在冷量一定的情況下，通過大風(fēng)量的循環(huán)使機房內(nèi)運行設(shè)備發(fā)出的熱量能夠迅速得到消除，并且通過高送風(fēng)壓力使冷風(fēng)能夠送到較遠的設(shè)備處，并且還要使機房內(nèi)部的加除濕過程縮短，濕度分布均勻，所以要求：空調(diào)機房有合理的氣流組織。

5. 數(shù)據(jù)中心機房的空調(diào)設(shè)計

5.1機房專用的空調(diào)及氣流組織。

目前，數(shù)據(jù)中心機房一般都用專用空調(diào)機，來實現(xiàn)對機房內(nèi)設(shè)備的降溫處理。機房空調(diào)機類型不一，此處不再一一贅述，以下主要就氣流組織進行分析。按《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）：

其中下送上回方式，在大中型機房內(nèi)比較常用。其優(yōu)點：

（1）空調(diào)送風(fēng)氣流流程與機柜冷風(fēng)吸熱后的氣流流型一致，從而避免了冷熱氣流的混合，影響工作區(qū)的環(huán)境溫度。

（2）機柜冷卻效果好，可以用較少的風(fēng)量達到機柜冷卻的目的。

（3）進入室內(nèi)工作區(qū)和機柜內(nèi)的氣流潔凈度好。

（4）活動地板送風(fēng)口可以采用帶有調(diào)節(jié)閥門的風(fēng)口，或者采用旋流風(fēng)口，可加大氣流速度的衰減，從而減少對人員的吹冷風(fēng)感覺。

5.2新風(fēng)系統(tǒng)。

（1）為了保證室內(nèi)正壓，需要設(shè)計新風(fēng)系統(tǒng)和相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)。對于新風(fēng)系統(tǒng)，一般將其處理到大于室內(nèi)露點溫度即可，這樣可以負擔(dān)一部分室內(nèi)冷負荷。對于新風(fēng)，其負荷是不穩(wěn)定的，主要在于室外干球溫度與室內(nèi)露點溫度的關(guān)系。室外干球溫度高于室內(nèi)露點溫度時，新風(fēng)負荷為冷負荷，可由機房制冷系統(tǒng)負擔(dān)，反之為熱負荷，考慮到大樓供暖系統(tǒng)只是在冬季的白天運行，所以新風(fēng)熱負荷由電加熱解決。

（2）對于新風(fēng)加濕，一般采用可靠的電加濕。此部分電量也比較客觀，作為暖通專業(yè)，應(yīng)進行計算并及時將電量提給電氣專業(yè)。

6. 冷源配置

機房空調(diào)冷凝方式有風(fēng)冷、水冷、乙二醇溶液冷卻等。

6.1風(fēng)冷，即機房專用空調(diào)機，其配套室外機，可在室外氣溫降至-15℃時仍能可靠運行，空調(diào)系統(tǒng)管路內(nèi)走冷媒。

6.2水冷，有風(fēng)冷冷水機組和水冷冷水機組，空調(diào)系統(tǒng)管路內(nèi)走冷凍水。

（1）對于風(fēng)冷冷水機組，需要選擇自然冷卻型風(fēng)冷機組，確保室外溫度較低時能正常運行，且比較節(jié)能。

（2）對于水冷冷機組，當(dāng)室外濕球溫度低于某值時，可利用冷卻塔提供免費冷。需要注意的是，免費冷運行工況，冷卻塔制冷能力有所降低，需要廠家按冬季工況進行選型計算。免費冷系統(tǒng)，冬季換熱器兩側(cè)運行水溫，總結(jié)以往的設(shè)計經(jīng)驗，在此給出一個比較合理的數(shù)值供參考：冷卻水側(cè)溫度一般為9/12℃，冷凍水側(cè)溫度一般為15/10℃。

6.3乙二醇溶液冷卻，同水冷冷卻原理，只是空調(diào)系統(tǒng)管道里走乙二醇溶液，其優(yōu)點是冬季防凍。

7. 結(jié)語：

針對機房的空調(diào)設(shè)計：

（1）室內(nèi)需先確定合理的氣流組織，進而選擇室內(nèi)機型號。根據(jù)新風(fēng)量確定新風(fēng)機組，并設(shè)計相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)。

（2）冷源的配置比較復(fù)雜，無論是哪種冷源，都要保證其常年穩(wěn)定可靠，并盡可能做到節(jié)約能源，在進行論證分析后盡快確定其室外機臺數(shù)，位置，重量等，與其他各專業(yè)進行緊密配合。

參考文獻

[1]廖了. 大型計算機機房空調(diào)設(shè)計模擬研究 [D]. 重慶大學(xué)，2013.

[2]吳濤. 數(shù)據(jù)中心機房“工位空調(diào)”的氣流組織與節(jié)能研究 [D]. 華北電力大學(xué)，2012.

[3]謝富熹. 數(shù)據(jù)中心機房的節(jié)能設(shè)計 [J]. 科技傳播，2011，01：182+179.

[4]全國勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)考試復(fù)習(xí)教程 第三版.