小型數據機房雙空調系統的風道設計

童 超 熊竹雅

（南昌廣播電視臺，江西 南昌330038）

1 空調風道設計的必要性

1.1 空調風道設計的意義

隨著科技進步和人們對節能意識的提高，無論是在專業機房還是在民用領域，人們對于制冷的需求不再是只要求有冷風吹出，而是把重心放在了如何使制冷效率更高，冷量分布更均勻，運轉更節能這些方面，而這些很大程度可以通過合理的風道設計來實現，因此如何將風道設計的更為科學就顯得尤為重要。

1.2 數據機房的制冷需求

對于數據機房來說，在實際使用過程中，因各種因素制約，容易造成機房氣流組織不合理、不通暢。由于IT設備是靠機房空調送入的冷風與其散熱充分交換從而帶走熱量，降低機器內溫度，氣流組織起到熱交換媒介紐帶作用，因此當熱交換的紐帶不順暢、不合理時，機房空調設備容量配置只能遠遠大于實際需求量，以滿足機房需求，這將使得能效大打折扣，對機房溫度和濕度的均勻分布也將有極大影響。

1.3 合理的空調風道所具備的優點

1.3.1 均勻的機房溫度濕度分布

通過均勻的風口分布，可以使機房內各設備的進風口溫度保持較高的一致性，保證了大部分冷量都能進入到設備內并形成穩定的空氣流動，避免局部熱點產生。

1.3.2 顯著提高機房空調冷量利用率

風道的建立使冷氣流從設備的進風口進入，從設備的出風口將熱量帶出并很快進入到空調的回風口進行循環，這一過程，避免了冷量往其它區域擴散導致的能耗浪費同時也避免冷熱氣流混合所導致的冷量損失，此外，還能夠避免因冷熱氣流混合而導致的局部濕度過大情況出現。

1.3.3 提高機房設備運行安全性與穩定性

為IT 設備運行創造較低的溫度環境能夠有效降低設備的發熱，減少設備老化，從而降低設備因環境而導致的故障率產生，保障了用電設備的安全與穩定。

2 項目方案

以南昌廣播電視臺全媒體廣播播控中心機房為例，介紹項目的設計與實施。

2.1 項目簡介

南昌廣播電視臺全媒體廣播播控中心機房（以下簡稱機房）位于大樓主樓西側，占地面積80m2，內置20 個數據機柜，設計了兩套空調系統，一套系統采用機房精密空調，一套系統采用多聯機空調，互為主備，可并行使用。

2.2 制冷量的計算

制冷量是空調選型極為重要的一個參數，所以應當綜合考慮，全面評估。本機房中依據數據機房的設備清單，全面統計，并考慮到面積、西曬、保溫隔熱、冗余量等因素，最終確定機房所需的制冷量。

2.3 雙系統循環系統的風道設計

2.3.1 位置擺放。由于機房的空間屬于長方形空間，空間相對規整，因此機柜采用雙排，橫向排列（如圖1）形式，兩排機柜中預留1.2m的操作和散熱空間，采用此方式一方面較為美觀整齊，另一方面，機柜正面朝向監控室有利于值機員對設備的監看工作。另外考慮到設備的散熱口位置一致，所以使用了機柜尾部對尾部放置的方式。精密空調系統利用了大樓原有的精密空調的水冷管路，在位置上處于機房的中軸線，并與機柜保持一定的檢修距離。多聯機空調內機也位于中軸線上方采用吊裝形式。

圖1 平面分布圖

2.3.2 設備選型。考慮到空調的互為主備，因此每一套空調系統，都需具備獨立運行并滿足最大制冷需求的能力。其中，由于機房建設時預留了45cm的機房架空層，因此精密空調采用的是下出上回的風道循環方式即空調的底部出風，頂部回風。多聯機空調由于吊裝形式，所以采取了上出上回的風道循環方式。

2.3.3 風道設計。精密空調：精密空調因采用下出風方式，通過對防靜電地板下部區域形成正向壓強，從而使冷氣從地板的穿孔處均勻擴散。因此穿孔防靜電地板需分別放置在兩排機柜的進風口前方60cm以內的區域，冷氣流從機柜正面進入到設備內部，并將熱量順利的從設備內部帶走，形成的熱氣流匯聚到機柜的尾部也就是機房的中軸線處，并由處于相同軸線的精密空調主機從頂部的回風口吸入進行下一次的氣流循環當中。這種風道設計運用較為普遍，也是較為科學的精密空調風道設計方案。多聯機空調：為避免雙系統并行時造成的氣流混亂，保持風道的相對統一，所以多聯機系統在氣流循環時可以與精密空調保持一致。因此，將室內機主機設計在了機房中軸線頂部位置，一來回風口均為頂部回風，并且處于同一軸線上，熱氣流在方向上可以保持一致；二來由于室內機與冷媒和排水管相連接存在漏水等安全隱患，機房中軸線為機柜的空擋區域有效規避了這一風險；最后，室內機下方有較大地面空間也方便日后的維護和檢修。對于多聯機空調系統出風口的設計而言，由于是吊裝形式，所以只能考慮下出風的方式設計，按照之前設計原則，我們使用了多點均勻出風的方式，將冷氣流通過管道均勻分布至兩排機柜的頂部前方60cm處，冷氣流通過機柜前方進入到設備內部并帶走熱量從機柜尾部排出，從而實現了高效的氣流循環。在多聯機單一系統運行時，由于冷空氣密度大受重力影響形成下行的趨勢，所以該系統較精密空調對于機柜內不同高度的設備而言進風口溫差更小。對于雙系統同時運行的情況，兩個系統出風口風向并不一致，但是從水平角度來看，出風位置均處于機柜的正前方，因此，冷氣流都能有效的被設備吸入，熱量從尾部排出后沿同一方向進入各自的回風系統當中。因此，兩套空調循環系統能夠同時運行，且起到相互備份的作用。

圖2 雙系統并行時氣流循環圖

2.4 空調風道設計還應考量的因素

2.4.1 機房的密閉性：良好的密閉性能夠避免外部氣流進入機房，使機房內的風道形成內部穩定循環，同時精密空調系統工作時也能形成穩定的風壓，保證地面各出風口冷氣流分布平均。此外，良好的密閉性也可以大大增加機房濕度的控制，為設備運行提供良好的環境。在機房建設完成后，應對在施工中開鑿的洞口或是橋架等縫隙進行完善的封堵，使機房形成密閉空間。

2.4.2 機房的保溫隔熱性：良好的保溫隔熱性能夠有效的降低能耗，同時也能夠避免因溫差過大導致樓板或墻面結露的情況。地面保溫隔熱材料應選用厚度在1cm以上的橡塑保溫材料，將機房架空層的底面及邊沿滿鋪覆蓋，并用膠水固定。墻面以及頂面的保溫，項目中我們選用了10cm厚的巖棉對四周以及頂面進行填充，既起到了良好的保溫隔熱作用，還有改善了機房的聲學環境，減少了內部低頻噪音。

2.4.3 機房的隔音性：精密空調運行過程中，由于巨大風機的工作，會產生較大的震動與噪音。這些震動和噪音既會影響設備的穩定運行，也會引起工作人員的不適。為此，在本項目中，我們一方面在機柜和精密空調的各受力點添加橡膠減震塊，把震動傳導降到最低，從源頭減少噪音；另一方面是采用了較高密度的巖棉填充方式，對噪音和震動的向外傳播進行阻隔，同時對于機房的觀察窗按照專業聲學工藝進行設計施工，有效的隔絕了噪音的擴散。

2.4.4 空調管路的安全性：本項目中精密空調管路延用了大樓原有的水冷系統，因此在精密空調室內機中，有進水管、出水管以及排水管通過架空層空間與其聯通。機房內部設計時，在確定了各機柜擺放位置后，這些管路應盡量遠離設備機柜，以減少安全隱患。本項目的多聯機空調中，在空調室內機確定安裝位置后，所有的冷媒管路、排水管路也應避開各機柜的頂部經過，以提高設備運行時的安全性。

3 項目實施效果及思考

3.1 項目實際效果

該項目機房空調系統于2018 年底建設完成，至今已運行了近兩年的時間，這期間雙系統并行方式給數據機房設備的穩定運行提供了良好的外部環境，合理的雙系統風道設計，數次避免了單系統突發性故障所帶來的安全問題，有效的保障了機房的設備安全。

3.2 項目實測數據

經實測，系統中各項數據總體符合預期。夏季單系統運行時，功率約為最大功率的40%～60%，雙系統同時工作的總功率相較于單系統工作時，能耗有約8%左右的上升。在單系統運行時，各出風口區域最大溫差不超過1.4℃。在雙系統并行時，出風口的最大溫差不超過2.3℃。

3.3 項目的思考

該項目由于采用了不同類型的空調設備，在雙系統并行時，二者的出風口的溫度會存在一定的差異，例如：將二者的環境溫度都設置為20℃的情況下，精密空調出風口的溫度會略高于多聯機空調的出風口溫度1.8℃左右，這與風道的路徑、長短和風速都有所關聯，在實際使用中，應考量多種因素盡量使該溫差減小。系統中二者可以優勢互補：多聯機室內機吊頂安裝，不占用地面空間、運行起來噪音低，但是其不具備恒濕功能，對于南方潮濕的春夏季，多聯機系統運作很難控制好機房的濕度。而具備恒溫恒濕功能的精密空調就做了較好的補充。

4 結論

總的來說，機房雙空調系統風道的設計很大程度上為數據中心設備的穩定運行提供了更為可靠的保障，為機房的節能減排提供了良好的思路和手段，如何將風道設計的更為高效以便為機房運行提供服務，如何更為節能和科學的保障設備的運行是未來數據機房建設和應用中需要不斷實踐和探索的方向。