新風精密空調系統在數據中心中的應用

向金澤，唐國強

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

計算機數據中心內主要是交換機、服務器等多種精密設備，設備不間斷運行進行數據傳輸與處理散發大量熱量。空調系統主要給數據中心室內降溫，使室內溫濕度和空氣潔凈度控制在標準范圍內，為數據中心設備運行提供良好的運行環境。隨著現代信息技術的發達，數據中心的規模不斷擴大、設備不斷增多、負荷及散熱猛增，因此，單純增加空調系統數量或增加制冷量反而增加了機房的能耗。本文提出的新風一體化精密空調，為數據機房的運行提供良好環境[1-4]。

2 新風系統與精密空調系統的結合方案設計

傳統的數據中心不僅配置有中央空調系統為設備降溫，有的還單獨安裝新風系統，加強機房內通風空氣。新風一體化精密空調系統將上述兩種設備功能集合在一起，主要原理就是在精密空調的上游加裝智能化FCP風箱，解決兩種設備安裝的空間和成本問題，同時一體化精密空調設備運行時能耗將大大降低。

3 節能原理及不同溫度的工作模式

新風一體化精密空調主要子設備包含風量調節閥、新風和回風混風箱、室內外溫濕度傳感器。通過對機房內外溫濕度的監測，自動調節系統的新風和回風量，確保系統節能運行。當室外的溫度低于0℃時，一體化空調設備不需要進行制冷，而且向內輸送過濾后的空氣，實現室內溫度降溫，此時也是最節能狀態。當室外溫度小于18℃，通過吸入少量過濾空氣，同時開啟送風模式，通過風冷降低室溫。當室外溫度在18℃～24℃時，一體化空調系統向內輸送少量過濾空氣，同時大量送風，室外機啟動并自動調節制冷量。而當室外溫度大于24℃，一體化系統啟動制冷模式，同時系統開啟空氣內循環模式，防止外部熱氣進入室內，最大程度降低一體化空調運行能耗。

4 空調系統設計

4.1 精密空調系統特點

一體化新風精密空調系統是經過各個國家長期對照試驗后被認為能夠滿足計算機數據機房環境變化需求的一種專業環境控制設備，相較傳統的空調系統其具有多方面的優點。

①計算機機房內各種服務器和主機等設備常年不間斷運行散發大量熱量，溫度升高會影響設備運行效率，甚至燒毀配件，空調系統可將室內溫度控制在22℃。

②計算機機房內主要為精密儀器，若室內濕度較小，長期運行易產生大量靜電，對設備危害較大，若濕度較大易造成設備插件短路，一體化空調系統可以將室內濕度保持在40%～60%。

③對常年密閉的機房天花板以下低壓回風區，室內空氣進行內循環，新風一體機采用的亞高效過濾網系統可以在空氣循環時對空氣進行過濾凈化。

④機房內溫度升高主要是因為設備散熱，這種熱量特點是熱量大、濕度低，其熱濕比接近無窮大，對此情況進行等濕降溫必須要大風量。一體化新風系統送風量大、焓差小，有利于室內降溫。

⑤針對機房散熱源特點，機房各設備散熱量大且集中、通風口設置在屏柜設備的上部或者側面，而且各設備常年不間斷運行。精密空調可以采用上送風、側回風的方式，自上而下進行送風迅速冷卻，且可以做到一年四季的運轉。

4.2 精密空調區域保溫

精密空調可以使計算機數據機房內部溫度保持在22℃恒溫狀態，但是機房外面溫度卻隨著一年四季而變化，在夏天或者冬天等惡劣氣候條件下，機房內外溫差較大，會使空氣中的水汽凝結，為避免結露現象對機房以及相關設施造成危害，機房的保溫工作顯得至關重要。一體化精密空調對機房采用上送風的方式，因為機房樓頂屬于易產生溫差的區域，此處的保溫就比較重要。數據中心機房的散熱具有熱量大、濕度小、焓差小、循環風大等特點，機房環境對溫濕度、送風速度和潔凈度的要求較高。因此，需要根據機房特殊環境配置合適的一體化精密空調系統以及各種設施。第一步就是計算出機房的熱負荷，其主要來自兩個方面。

1）產生熱量

該部分熱量主要是數據中心內各主設備在運行時的散熱、室內各種照明等輔助設備散熱、運維人員等散熱。

2）傳導熱量

該部分熱量包含了新風系統運行時空氣傳導熱量、陽光輻射熱量、機房墻壁及窗戶傳導熱量以及其他熱傳導等。

由于條件有限、且熱量也會波動，根據機房的建造資料可以采用估算校核方式得到大致熱負荷。對于人員散熱可以取值418.59kJ/（h·人）、室內照明和其他各種輔助設備散熱按照209.29kJ/（h·m2）進行取值計算。機房內各主設備的散熱，應該按照設備運行實際情況進行取值。根據查閱相關文獻資料計算，數據中心機房熱負荷一般為300kcal/（h·m2）～500kcal/（h·m2），我國計算機機房的設備密度較小，設備利用率大概為80%。因此，若機房所在建筑為單層，其熱負荷一般為1046.46kJ/（h·m2）～1674.36kJ/（h·m2），機房在多層建筑內，熱負荷為837.17kJ/（h·m2）～1465.05kJ/（h·m2）。

4.3 空調容量選擇

根據機房負荷以及散熱模式的要求，在數據中心控制室配置普通空調有利于提高人體舒適感，機房設置功率為70kW的精密空調機組。

4.4 空調系統進出水方式設計

4.4.1 加濕系統

機房空調配備有加濕裝置，該裝置進水管與水源系統采用20PPR熱熔管連接，并且在進水管接口處設置開關閥門，以方便加濕裝置的檢修。開關閥門的安裝要注意減壓墊等配件應按照說明要求進行安裝，且閥門安裝位置應在室內機組1m范圍內。

4.4.2 排水管道

空調系統排水管與建筑排水系統用50mm 雙面熱鍍鋅管連接。安裝排水管時，各種水封彎頭等配件應按照說明要求進行安裝，仔細連接排水管道，當試水試驗無滲漏后固定在墻或地面上。

管道防漏：各種給排水管道在不同的溫濕度環境下使用壽命不同，溫度等環境條件惡劣也會使管道老化漏水。因此，空調系統應采取相關措施應對排水管道漏水。在機房空調機組安裝處的地面上砌筑40mm×100mm 擋水壩，并在擋水壩范圍內設置下水口，及時排出管道泄漏水，防止空調漏水盤溢出導致室內精密設備短路。排水管道設計時，排水方向應與管道始端保持1%向下傾斜，利于殘留水流出。基于感應信息技術，對精密空調設計有漏水報警系統，當檢測到漏水時及時推送報警信息，及時進行檢修維護。

5 機房的新風設計

為確保計算機機房運行環境達標，機房一般都是全封閉內循環模式，避免外界粉塵進入，對精密設備運行造成危害。機房內長期不和外界進行空氣流通，室內工作人員呼吸不到新鮮空氣，長此以往會導致身體狀況不佳。一體化新風系統的作用就是將外界的空氣進行過濾凈化進來加強室內空氣的新鮮和流動性。

新風系統及機房配電均按照相關技術標準規劃設計。新風系統將外界的空氣進行初級和二級凈化后吸入機房，確保流入機房內的空氣潔凈度符合要求，同時在兩級空氣過濾時還對空氣進行熱量交換，降低流入空氣的溫度與室內溫度的溫差，然后送風給精密空調系統并經空調排風系統輸送給各個工作子區域，減少空調系統調節溫度的出力，延長了空調系統的使用壽命。同時，新風系統源源不斷地對機房室內送風，使機房內形成正壓力，室內混濁空氣通過門縫或者排氣孔等流到室外，有效阻止了外界未凈化空氣的流入，提高了機房空氣潔凈度。新風系統設計時與建筑消防系統聯動，消防系統把火災信號傳遞給新風系統后立即關閉新風設備并密閉通風口，避免火勢擴大。

6 實際應用

6.1 氣候環境

數據中心機房位于四川某山區，該地海拔1950m，常年溫度在17℃以下，全年42%的時間內溫度在18℃～24℃，溫度超過25℃的天數大約十天。冬季氣溫不超過0℃。

6.2 應用效果

經過采用新風一體化精密空調設備后，按照1.2 元/（kW·h）電費計算，相較于傳統的空調系統，運行電費支出減少3.6萬左右，具有良好的經濟效益。

7 結語

本文通過對數據中心項目自動化及通信機房項目進行改造，采用一體化新風精密空調系統，實現對流入空氣的過濾凈化并進行溫度交換，確保機房內空氣的潔凈度和溫濕度符合要求。同時，最大化利用室外空氣冷源，降低空調系統的降溫出力，降低其運行成本，達到節能降耗的預期目標。本項目的實施取得了良好社會效益和經濟效益，具有較高的推廣價值。