機房空調系統淺談

文｜廣西聯信科技顧問有限責任公司 劉裕森

機房空調系統是各類設備處于最佳的運行狀態的保障設施，必須精心規劃。

1 機房環境的特點

中心機房安裝有大量的計算機設備，計算機處理速度越來越快、存儲量越來越大、體積越來越小是機房的發展趨勢，也就是說單位面積的散熱量變得越來越大。

（1）顯熱量大

機房內安裝的主機及外設、服務器、交換機、光端機等計算機設備以及動力保障設備，如UPS電源，均會以傳熱、對流、輻射的方式向機房內散發熱量，這些熱量僅造成機房內溫度的升高，屬于顯熱。一個服務器機柜散熱量在每小時幾千瓦到十幾千瓦，如果是安裝刀片式服務器，散熱量會高一些。大中型數據中心機房設備散熱量在400W/m2左右，裝機密度較高的數據中心可能會到600W/m2以上。

（2）不間斷運行、常年制冷

機房內設備散熱屬于穩態熱源，全年不間斷運行，這就需要有一套不間斷的空調保障系統，在空調設備的電源供給方面也有較高的要求，不僅需要有雙路市電互投，而且對于保障重要計算機設備的空調系統還應有發電機組做后備電源。長期穩態熱源即使在冬季機房內也需要制冷，尤其是在南方地區，更為突出。

（3）潛熱量小

不改變機房內的溫度，而只改變機房內空氣含濕量，這部分熱量稱為潛熱。機房內沒有散濕設備，潛熱主要來自工作人員及室外空氣，而大中型機房一般采用人機分離的管理模式，機房圍護結構密封較好，新風一般也是經過溫濕度預處理后進入機房，所以機房潛熱量較小。

（4）潔凈度要求高

機房有嚴格的空氣潔凈度要求。空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等會嚴重損壞電子元器件的壽命，引起接觸不良和短路等，因此要求機房專用空調能按相關標準對流通空氣進行除塵、過濾。另外，要向機房內補充新風，保持機房內的正壓。主機房內的空氣含塵濃度，在靜態條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5μm的塵粒數，應小于18000粒。主機房與其他房間、走廊間壓差不應小于4.9Pa，與室外靜壓差不應小于9.8Pa。

2 空調系統劃分原則

機房在平面布局上一般包括主機房、基本工作間、第一類輔助房間、第二類輔助房間、第三類輔助房間，空調系統劃分時要遵循以下原則：

（1）能保證室內要求的參數。即在設計條件和工作條件下均能保證達到室內溫度、相對濕度、凈化的要求。

（2）對環境溫濕度、潔凈度工作時間要求一致的房間集中布置。

（3）初投資和運行費用綜合起來較為經濟。

（4）便于管理且維護簡單。

（5）盡量減少一個系統內的各房間相互的不利影響。

（6）要盡量減少送風距離。

3 機房平面布局與空調系統

（1）機房分布在一個建筑物多層或一個建筑群。大型機房規模較大，根據數據處理業務類別不同，一般分布在一個建筑物多層，或者一個建筑群中。在機房布局時，宜將主機房設置在一個建筑物的較低樓層，采用機房專用空調系統，分層設置空調區，各層專用空調機組宜安裝在建筑物的同一側，便于冷媒管、給排水干管統一安裝。基本工作間和輔助房間可根據與主機房的關系分布在其他樓層或其他建筑物中，采用建筑物中央空調或獨立的舒適性空調系統。

（2）機房分布在同一樓層。中小型機房，主機房、基本工作間與輔助房間一般設置在建筑物的一個樓層。主機房的各個房間，如主機及外設室、網絡機房、磁帶機房宜集中布置，采用機房專用空調系統，專用空調機組宜布置在相鄰的房間內并且靠近給排水接點。

基本工作間、輔助房間采用舒適性空調系統，可利用建筑物原有中央空調或者根據功能房間的需要采用獨立的舒適性空調系統。

（3）機房建筑空間與機房空調。機房建筑空間上應滿足特殊氣流組織形式的要求，機房凈高（高架地板距天花板高度），應按機柜高度、線槽走線形式、通風要求確定，宜為2.4～3.0m。如果采用下送風上回風方式，高架地板下高度宜在350mm以上，天花板距主梁的高度宜在300mm以上，同時可以敷設各類管線。如室內回風，也預留有一定的空間，根據美國2005年4月發布的《數據中心通信基礎架構標準》TIA 942中規定：大中型數據中心機房天花板距最高設備頂部宜留有460～600mm空間；如果采用上送風方式，則高架地板下只需滿足線槽安裝即可，適用于層高較低機房。

4 機房氣流組織

大中型數據中心機房的電子設備密集布放，總冷負荷比較大，每平方米大約在300～600W，有的甚至更高，其中設備冷負荷占到80%以上。針對于機房的余熱量大、發熱源集中的特點，就需要有合理的氣流組織的分配和分布，有效地將機房內的余熱消除，保證電子設備對環境溫濕度、潔凈度、送風速度以及人員對舒適度的需要。

（1）氣流組織確定

機房的氣流組織形式有下送上回、上送側回（下回）方式，氣流組織形式的確定要考慮以下幾個方面：

◆ 首先要依據設備冷卻方式、安裝方式，如設備或機柜自帶冷卻風扇或冷卻盤管，目前較常見的設備和機柜的冷卻方式都是從前面進風，后面或上部出風；

◆ 冷量的高效利用。使散熱設備在冷空氣的射流范圍內；

◆ 機房建筑結構、平面布局。機房各個系統的建設要依托于建筑環境中，也會受到建筑層高、形狀、面積等因素得制約。

（2）氣流組織形式

◆ 上送側回（下回）方式

上送側回通常是采用全室空調送回風的方式，適用于中小型機房。上送風可分為機房頂送或緊靠機房頂下的上部側送兩種形式，后者較為常用。由頂部或側上方送風的氣流首先與室內空氣混合，再進入設備或機柜內。機房頂部安裝散流器或孔板風口送風，工作的氣流小且均勻，人有良好的舒適感。但大多數計算機機柜的冷卻的進風口是在下部或前方，排風口在機柜的上部。這樣，頂部的送風氣流先與機柜處上升的熱氣流混合，再進入機柜冷卻設備，影響了機柜的冷卻效果。由于機柜進風溫度偏高，機柜內得不到良好的冷卻效果，必然造成機柜內溫度偏高，導致計算機不能進行正常的工作，如圖1所示。

采用上送側回的氣流組織，對于散熱量較大的機房，只有采用較低的送風溫度（13℃～16℃），來維持機房內溫濕度以及機柜散熱的需要，這樣會造成能源的浪費，而且較低的送風溫度對工作人員也會帶來不舒適的感覺。

圖1 上送側回氣流組織（上部風帽側送風）

上送側回方式通常可在建筑層高較低時，機房面積不大時采用，但要保證送回風氣流暢通，不被設備阻擋。空調機組送風出口處宜安裝送風管道或送風帽，如采用管道送風，送風口可使用散流器或百葉風口。回風可通過室內直接回風，如有不同空調房間時，也可采用管道回風，但較少采用地板下回風。

◆ 下送上回方式

下送上回方式是大中型數據中心機房常用的方式，空調機組送出的低溫空氣迅速進入冷卻設備，熱力環流能有效利用冷空氣冷卻效率，因為熱空氣密度小、輕，它會往上升；冷空氣密度大、沉，它會往下降，填補熱空氣上升留下的空缺，形成氣流的循環運動，這就是熱力環流。熱力環流不同于水平流動的風，它是空氣上下垂直的對流運動，冷與熱激發出氣流緩慢的運動。跟風不一樣，風能夠改變局部環境的氣候，而熱力環流是氣流運動的原始動力。利用氣流的原始動力，可以不用設置動力設備，同樣達到最佳的冷卻效果，如圖2所示。

圖2 下送上回氣流組織

◆ 彌漫式送風方式

有的空調設備生廠商開發了一種新型的送風方式，即彌漫式送風，其制冷原理是依據冷熱空氣的熱力環流進行設備的冷卻。相對于下送風方式，彌漫式送風不需要架空地板，而單位面積的熱負荷可提高10%，同時房間層高降低。這種送風方式適用于小型機房，且送風距離宜控制在15m。

5 結束語

機房空調系統是整個機房設備有效運轉的基礎，正確設計機房空調系統，可以延長設備的使用壽命，因此在進行機房空調系統設計研究時，應多方面考慮，包括設備制冷負荷、氣流組織等。

1 張成泉等. 機房工程. 中國電力出版社.2008 年12 月

2 林小村主編.《數據中心建設與運行管理》. 科學出版社.2010 年4 月