數據中心空調設計問題解析

【摘要】 數據中心空調設計一直以來是人們關注的一個熱點話題。本文主要討論了數據中心環境下，空調設計和建造的問題和方案。主要針對空調建造和應用系統的能耗問題展開研究，并基于空調設備選擇、環境部署優化等方面提出了解決措施，為實際數據中心的空調設計和改造提供行之有效的節能方案。

【關鍵詞】 數據中心 空調系統 節能

隨著公司企業對數據處理業務的需求與日俱增，企業應用級數據中心應用廣泛。由于高顯熱負荷密度、顯熱比以及高能耗的特點，數據中心的空調系統對散熱有較高的要求。因此優化數據中心空調系統具有重要意義。本文的初衷在于確保空調系統能穩定運作的同時，降低設備的能源消耗，實現數據中心環境下空調系統的最優化能源方案。

一、數據中心空調系統現狀

數據中心的環境設計要考慮諸多因素。IT設備大多運行在高能耗的條件下，此外室溫、濕度以及和空氣流通等環境因素都對設備的穩定運行和使用周期有著較大的影響。

數據中心機房設備的空調系統設計要優先考慮下列特征：設備的穩定可靠性。水冷或者風冷設備能長期穩定運行，提供機房設備適宜的溫濕度環境；功能靈活性。空調系統在建造時，應考慮整個機房空間的合理布局；節能環保性。空調系統能運行在較低的能耗狀態，實現高效低能耗的節能環境調控方式。

由于數據中心機房典型的發熱功率大而散熱去濕能力弱的工作特征，并且處理大量數據量的機房設備對周圍環境的變化十分敏感。因此，有必要提出合理的節能優化改造方案，安全穩定的前提下最大限度降低能耗，制定恒溫調節設備以及制冷通風散熱系統的最佳節能方案。

二、現階段的空調系統設計主要面臨下述問題

2.1不合理的機房設備配置

不合理的機房設備配置，是現階段的空調系統設計的一個主要問題。數據中心部分機房內部安裝和設計空調時，對整體的布局規劃欠缺統一的考慮，缺乏對硬件設備工作溫濕度的認知，嚴重浪費大量的能源。這些空間布局的不合理，將直接或間接的導致室內熱量的損失，降低空調的實際使用性能。由于數據中心的機房配置方面不合理，使得部分空調設備的恒溫和去濕功能相互間難以協調配合，譬如在空調系統冷風散熱時，常常因為空氣中水分子冷凝帶來了除濕的問題，這就進一步影響了機房環境濕度，導致空調系統既要通過送冷風實現降溫去濕，還有同時保持環境溫度而加濕，矛盾的工作狀態加重了整個系統的能源開銷。

2.2數據中心機房氣流組織

數據中心機房氣流組織，目前的相關設計還不夠科學、合理。數據中心機房空調系統的搭建要考慮到IT設備對散熱性能的要求，合理布局室內空間，方便氣體流通散發熱量。在一些機房的氣流組織上，存在下述問題：由于機房天花板高度設計不當，在機柜設備的上方存在熱空氣短路現象；此外，由于在數據中心地板下部署的水冷裝置不利于空氣流通，造成熱量阻塞，部分機房由于空間高度有限，不能建造高位置的排風通道，空調設備排風散熱效率遠遠低于預期效果。這些空調設計的問題，如果不能得到科學、有效的解決，將會對空調系統的整體性能造成嚴重的影響。

2.3機柜設備布局

數據中心的空調系統設計中，對于機柜設備布局方面的設計還存在一些問題，不夠科學、合理。由于部分機柜的面板是左右流通式，會形成熱通道到冷通道的連接，造成不利影響；機架之間距離緊湊并且采用了前后順序排列的位置布局，那么就會使得設備之間相互吸收排放的熱量，形成冷熱空氣短路，降低散熱排風能效；此外由于數據中心機房內設備、纜線多，造成整個機房內部空氣不流通。

另一方面，搭建數據中心的空調系統與其他環境相同，都需要考慮容量大小的問題。保證并維持機房內部的溫濕度在一個較小的范圍內具有不小的難度。而如果環境的空調容量控制得不得當，也同樣會給冷卻散熱加重負擔。過高或者過低的容量都將造成溫濕度變化波動范圍過大，影響設備的正常運轉。

三、數據中心空調系統節能方案

針對上一章節中提出的當前數據中心環境中空調系統設計需要考慮的問題，本節將在遵循能夠保證正常的溫濕度環境指標的前提下，兼顧設備運行的安全性和穩定性，實現最大化地能耗降低。

3.1優化空調水冷和風冷模式

優化空調水冷和風冷模式，是數據中心空調系統節能設計的一個重要舉措。在設計改造方案時，可以合理提高機房內部相對溫濕度標準，進而通過高的水冷溫度實現制冷效能的提升。可以針對不同的環境條件選擇合適的供冷模型。對于小型機房可以使用風冷分離的直接蒸發式空調系統。對于室外溫度變化的場景，可以部署集中水冷系統，在低室外溫度下，可以實現機房內高溫度氣流無償制冷的效果。在高室外溫度下，可以通過設備倒換，切用制冷系統。此外，還可以分離溫度和濕度調控，進一步實現不增加除濕難度的冷卻能效。目前相關的技術主要有機械制冷和蒸發冷卻的方法。前者涉及低壓縮比的制冷設備，后者的部署收環境因素限制，常常應用在氣候干燥的環境條件中。

3.2優化機房氣流組織

優化機房氣流組織，也是數據中心空調系統節能設計的一個重要方面。需要結合數據中心機房環境的搭建，慎重考慮空調冷卻系統的排風方式。有效的排風方式能加速數據中心環境內氣體流通、加速散熱過程，同時能避免局部過熱的現象，平均數據中心的環境溫度。

設計上可以選擇上送風和下送風兩種方式。前者冷風將機房機柜上方的熱量攜帶走，送至室內下部，實現散熱制冷的效果；后者的主要方法是合理抬升地板高度至一理想位置，在地板下構造架空區域，空調冷風通過架空層送往機房內部，并最終通過機房頂部空間散發熱量，實現循環制冷的效果。回送冷風的方式可以結合數據中心實際施工情況選擇開放式或者管道式以及相互間融合的方法。

3.3合理的機架設備布局

合理的機架設備布局，對于節能設計具有重要意義。數據中心內放置著高密度的機房設備，需要優化擺放布局、選擇空調系統和設備的合理安裝位置。在布局上應該避免傳統的所有機柜朝向同一面放置的情形，可以優先考慮鄰近的機柜之間相向擺放或者背向擺放的方法。這樣的布局中，機架之間的冷熱通道能合理分離冷熱氣體，有效地避免了散發熱量被其他設備再次吸收的情況，大大提高了散熱效果，進而節省了空調系統制冷散熱的能耗。此外，還可以在空調系統的熱通道設計上采用物理上的軟隔絕方法，進而避免了冷通道和行人通道遭到散熱排風的不利影響，保證了散熱系統的工作效率。

總之，本文主要面向數據中心空調系統節能設計的問題，分析了現有機房空調系統在布局、氣流組織等方面的不合理因素，并結合實際施工改造，提出了設備節能、氣流組織優化和自然冷源合理利等方法，改造數據中心空調系統設計方案，以期實現高效節能的制冷散熱效果，進而提升經濟效益和社會效益。

姓名：高軼北京長城電子工程技術有限公司 ；性別：女；出生年月：1977年09月17日；籍貫：河北；學歷：大專；研究方向：數據中心基礎建設，數據中心空調節能，職稱：工程師，工作單位：北京長城電子工程技術有限公司，收信地址：北京朝陽區紅軍營南路北衛新園小區8號樓2單元301；郵編：100071；電話：15901369091；

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