基于某通信機房暖通設計要點研究

上海郵電設計咨詢研究院有限公司 汪慧琳

通信機房包括服務器、交換機、路由器、存儲等IT 設備，由于機房設備都是由高精密的電子元器件構成，因而對機房溫濕度及潔凈度的要求很高。通信機房暖通空調布置應基于機房設備、網絡一年四季、24小時不間斷運行的特點，空調系統應以現場數據采集、模擬計算，遵守實用、安全、經濟合理的原則，滿足制冷工藝流程、運行與管理方便提出針對性設計方案，并在設計中對其他設備、線路布置、使用沒有不良影響。機房暖通空調機組數量眾多，在設計時除了要將溫度、相對濕度等指標控制在允許范圍內，還應滿足除塵與空氣凈化要求，避免灰塵長期積累而造成精密元器件散熱不良、絕緣性下降，從而影響機房設備正常運行。可看出，加強暖通空調設計，合理配置空調系統是通信機房安全、可靠、經濟運行的關鍵。

某汽車工業園需在3、4號樓各新建一間通信機房，項目配置清單由客戶自定，主要設備包括部分機房裝修、UPS 主機、UPS 電池、相關輸入和輸出配電柜、服務器機柜×5、網絡機柜×4，并為以上設備配置相關環控設備。其中通信機房暖通設計結合空調系統運行原理及通信機房特點，采用恒溫恒濕精密空調，以此確保電子計算機系統得到連續、穩定、可靠運行，并排出機房內設備及其它熱源所散發的熱量，維持機房內恒溫恒濕狀態，并控制機房的空氣含塵量[1]。

1 設計原則及設計參數

由于通信機房熱負荷較大，IT 類設備發熱嚴重，高于辦公區域單位面積熱負荷；機房空調制冷能力強但設備自身不會有濕度變化產生、濕負荷相對較小，故需機房暖通空調對設備發生的熱量在單位時間內快速消除；其次，在設計中應注意焓差，空調蒸發溫度因相對較高，必須避免降溫的同時保證不必要的除濕；為了達到機房溫度、濕度均衡，機房空調采取大風量設計，以此對調節機房溫度、濕度等指標十分有利，使分布更加合理，解決局部熱量聚集的問題；此外在設計中還應注重風量與冷量之比，空調設備采用大風量低焓差為原則，新風設備配置中、高效過濾器以提高過濾空氣潔凈度，使機房氣流組織更加流暢。

針對本項目暖通空調機組設計要求，在設計中根據機房負荷及排布采取合理的單機冷量和備份臺數，秉承合理的經濟投入目標最大限度提高運行效率，節約運行成本。本項目室內外設計參數如下：室外計算溫度（℃）：夏季空氣調節34.6、夏季空氣調節日平均31.3、冬季空氣調節～1.2；濕球溫度。夏季室外平均每年不保證50小時28.2℃；室外計算相對濕度。冬季空氣調節74%；室外風速（m/s）。夏季3.4、冬季3.3；大氣壓力（hPa）。夏季1005.7、冬季10 26.4；室內設計參數：通信機房。全年18～27℃，相對濕度≤60%，不得結露；電力電池室。全年18～28℃，相對濕度35%～75%，不得結露。

2 通信機房暖通空調設計要點

2.1 熱負荷分析

對通信機房進行熱負荷計算分析是確定空調機容量前提，并以此達到溫度、濕度、潔凈度、送風速度指標要求。該機房熱負荷主要來自機房內部和外部產生的熱量。機房內部熱量主要包括IT 設備發熱量、機房輔助設施、機房設備（電熱、蒸汽水溫及其它發熱體，這些發熱量顯熱大、潛熱小），如照明發熱（顯熱）、工作人員的發熱（顯熱小、潛熱大）、由水分蒸發、凝結產生的熱量（潛熱）。機房外部產生的熱量為包括墻壁、屋頂、隔斷和地面傳入機房的傳導熱；陽光從玻璃照射入房的放射熱；門窗縫隙侵入因對流而產生的熱量。目前通信機房和數據中心機房多為無人值守且對機房基本很少留窗，故人員和照明及窗戶傳導的熱量可忽略不計，通信機房內的熱負荷是以顯熱負荷為主。

空調負荷主要來源有設備負荷（可占總負荷90%以上）、建筑負荷、人員負荷、照明負荷、新風負荷。根據通信機房暖通空調設計相關標準要求，對室內、外參數進行確定后，對建筑圍護結構傳熱負荷、人員發熱負荷、燈光發熱負荷、新風負荷、通訊設備發熱負荷進行計算。以主設備標稱功率對其散熱量進行計算，通常設備發熱量按照450～650W/平方米進行估算，本項目機房設備發熱量按所安裝主設備發熱功耗乘以相關的同時系數、需用系數進行計算。其中中央空調自用數據中心同時系數、需用系數為0.90、0.85，對外數據中心0.90、0.80；機房空調（末端）設備（不含備機）中央空調自用數據中心同時系數、需用系數為0.92、0.90，0.92、0.85。

2.2 送風方式

機房專用空調機送風形式多為上送下回式和上回下送式，下送風冷氣會自然下沉、熱氣向上升騰，會有空氣對流形成，對空氣流動更為有利，促進熱源溫度降溫。若在單機柜功耗較高的情況下（通常4kW 以上），通過地板風口或機架內風道僅靠機柜內服務器自身風機無法有效帶走熱量。此時需考慮其他手段，如封閉冷通道、吊頂熱通道回風等。本項目由于為小型機房，單機功耗也不高，故綜合考慮經濟性及備份難度，仍采用傳統精密空調。

無人值守機房氣流原則為“先冷設備、后冷環境”，制冷盡量靠近設備端，在確保設備不宕機的前提下，基于節能大環境通過提高回風溫度來節約空調能耗，故列間空調、背板等都漸趨流行。對于本項目中的小型機房，也可選用列間空調作為備選參考。將列間空調機組放置于機柜列中間，由封閉冷通道送風、熱通道自然回風，并在設備列前后根據平均單機功耗保留1.0m 以上的間距。此模式不僅保證氣流順暢，使冷熱氣流短路問題得到解決，還使送風距離變短、風機能耗降低、機柜溫度保持均勻，降低局部熱點問題，促進空調系統制冷效率提高。

2.3 氣流組織優化

通信機房暖通空調設計須考慮到機房潔凈度要求，機房要在密閉墻體圍護結構清潔，持續正壓，避免臟污侵蝕，為提高機房內空氣質量，新風應具有兩級凈化過濾器，并在空調機中設置中效過濾器。本設計在新風入口處設置了初、中效過濾器，空調系統設備采用定送風量變送風溫度方式。本項目的機房內IT 設備與機架布置是采用背對背、面對面擺放的冷熱通道方式，從而使兩列機柜之間冷通道得以形成，當冷空氣至設備后會有熱空氣形成，使熱通道中的熱空氣送至上方回風口，進而回到空調系統，使整個機房氣流更加流動順暢，并促進精密空調利用率的提升[2～3]。

2.4 空調選型

本項目4F 主機房配置單機制冷量70kW 風冷型機房精密空調，空調機分為室內機和室外機兩部分。該型號空調在同等制冷量條件下占地面積最小；大表面積的蒸發器盤管使熱交換更快、更有效率，有利于蒸發器表面的空氣分配更加均衡，確保節能；同時6秒可產生純凈蒸汽的電極加濕系統濕度控制精確，可適應各種水質，清洗維護方便；并可拆卸后搬運，保證重新組裝與整機無差別，適合特殊場地搬運。此外本項目在2F 配線間使用1臺5匹商用吸頂式空調。

2.5 空調系統安全設計

本項目為新建機房，故應以設備遠期規劃為依據，對空調室外機安裝區域進行合理預留，對空調維護進行充分考慮。為確保空調系統安全運行，除應進行良好備份、方便擴容、組織氣流合理設計、節能降耗外，須將配電安全放在首位。本項目在設計中有效抑制空調系統故障，提供全年不間斷供冷，以此避免對通信機房IT 設備運行造成影響。對此采取了空調系統冷源備用方式，制冷主機選型按照N+1冗余，機房設置配備精密空調2臺+1臺備用，以此在任何一臺空調發生故障時可由備用空調持續供冷運行，并可對每臺精密空調運行時間進行合理分配。機房末端空調系統采取交叉供電，可使空調故障時對機房斷電風險率有效降低。

通信機房應對房內溫度、濕度進行嚴密監測，可設置環境動態監測系統，從而在冷凝水和加濕水有泄露情況發生時、或有結露水產生時有警報響應，方便人員排查處理。本項目機房空調機上下水管設置應靠近機房四周，用磚砌成防水墻并加設地漏；上下水管送至空調機室，其另一端送至同層衛生間內。為對機房內漏水問題進行有效預防，設計了漏水自動檢測報警系統，空調及新風配電均與消防聯動，如房內存在漏水現象可立刻自發報警并提醒相關人員進行及時處理，火災時切斷電源。

綜上，通信機房內部結構存在眾多精密電子元器件，須采取有效供配電系統與制冷空調系統等設施設備來支持信息設備運行，設備在日常運轉過程中需對電力系統安全、可靠性提供保證，將周邊環境與機房內部環境溫度敏感度降至最低。現階段，基于節能環保新理念的提出，需在平衡通信機房復雜環境或更新改造多需求的前提下，對通信機房暖通設計須匯集多方面創新技術，改善與優化氣流組織，消除局部熱點、節約空調運行能耗。此外，由于通信機房暖通空調機組數量眾多，須采取科學、專業的管維措施，實行遠程監控，以此達到機組節能運行目標。