內蒙古氣象防災減災預警中心核心機房精密空調系統的選擇與實施

劉泱

內蒙古自治區氣象信息中心

內蒙古氣象防災減災預警中心核心機房精密空調系統的選擇與實施

劉泱

內蒙古自治區氣象信息中心

精密空調系統是內蒙古氣象防災減災中心核心機房工程的重要組成部分。文章針對核心機房的主要功能，對其制冷系統的需求做了嚴格測算，并通過調查研究詳細分析比對了常見各類精密空調系統的優缺點，并根據自身機房需求進行了分析比對，確定應采用風冷型作為核心機房精密空調系統選擇并實施。

系統設計精密空調

一、引言

為了滿足內蒙古自治區不斷提高的氣象防災減災需求，2013年，內蒙古自治區氣象局開始組織建設內蒙古氣象防災減災預警中心預警大樓。大樓核心機房及相關配套設施不僅將承載全樓信息網絡核心業務，同時還將成為支撐全區氣象現代化建設的數據中心。因此對核心機房空調通風系統有了更大的要求。

二、精密空調種類及優缺點分析

計算機機房專用精密空調機組是西方國家科學家根據目前世界上各類品牌計算機設備對綜合環境的變化要求而專業設計的一種特殊空調機，它有如下主要特點：保持常年恒溫22℃±1～2℃（因計算機主機及相關設備為不間斷熱源器件）；保持常年恒濕，相對濕度40%~60%（因計算機主機及相關設備在濕度較大情況下易造成電路板等接插件短路，而在濕度較小情況下，易產生靜電吸附、集成塊龜裂，造成對主機的損害）。

表1　機房室內運轉需求溫濕度

通過對社會不同部門不同規模機房制冷設備的調研，常見的機房精密空調的種類包括風冷型、水冷型、冷凍水制冷型及雙冷源型等，使用方根據機房的結構及設備特點選擇更適合自身需求的方案進行實施。

1.風冷型機房精密空調

風冷，即空調的制冷劑通過風來冷卻，安裝在室外的冷凝器（精密空調室外機）將冷凝劑的熱量帶走，使制冷劑放出熱量。風冷型冷凝器，主要由若干組銅管和風機組成，由于空氣的傳熱性能很差，通常會在銅管外增加肋片，以增加空氣側的傳熱面積，同時用風機來加速空氣流動，增加散熱效果，其中風機的速度有恒速的，有可調的，或者恒速+可調。根據不同廠家設備的要求，室內機與室外機之間銅管的距離，即室內外機之間的高度差也有要求，在選型時要與實際情況相結合。

風冷型一般采用下送風，上回風，由于大多數數據中心均采用防靜電地板，把防靜電地板（離樓板高度一般為40~45厘米之間）下的空間作為空氣靜壓箱，在設備機柜吸氣方向設置出風口，冷風經過設備機柜后變成熱風，再通過回風管或頂部吊頂回風或者直接返回精密空調的回風口（一般采用熱風直接返回，因此精密空調的擺放位置很重要）。因此，風冷型精密空調的應用較為廣泛。

優點：（1）直接蒸發制冷循環，沒有冷凍水和冷卻水系統。（2）每個機組都有自帶的壓縮機，可以在每個機房內實現N+1的備份方式。（3）室外機安裝分散，不需太多考慮室外機承重問題。

缺點：（1）外機的噪聲和發熱大，對周邊環境的影響。在夏季高溫期，室外機可能因為散熱不良導致高壓報警。（2）室外機肋片容易積累灰塵，不經常清洗，會影響空調的制冷效果。（3）制冷效率較低，低于水冷型。

2.水冷型機房精密空調

水冷型機房精密空調的結構跟風冷型的差別不大，主要的差別是：水冷型機房精密空調在室內機設置水冷板式冷凝器（跟風冷型精密空調相比，制冷劑的內循環只在室內機，壓縮機的工作壓力就要小得多），制冷劑在經過水冷板式冷凝器時放出熱量，而水冷板式冷凝器的冷水吸收熱量后經水泵（一般安裝在精密空調外部）排到大樓冷卻塔，再由冷卻塔將熱量排放到空氣中去。

優點：（1）冷凝器、蒸發器均在室內機內部，制冷循環系統在機組內部完成，制冷效率相對風冷機組高。（2）不需要室內、室外機的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機組連接在一起，在大型數據中心系統里，工程量能相對減少，不存在室內、室外機距離限制。（3）可以用幾組較大的室外干冷器做N+ 1備份工作方式，在中大型數據中心占地面積相對較小。

缺點：（1）電子信息設備是必須遠離水的，因此對與精密空調連接的水管提出了極高的要求，包括水管本身質量、水管走向、水管焊接技術等。（2）由于冷卻水為循環水，長期與空氣接觸后會非常臟，因此在水循環管路上必須安裝水過濾器。（3）增加了冷卻塔、水泵、水管的單點故障，需要有備用設備，費用較高。

3.冷凍水制冷機房精密空調

冷凍水機房精密空調在室內機主要由冷凍水盤管、風機、電加熱器、加濕器和水閥組成，一般不設壓縮制冷系統，因此這種機型的前期投資比較小，但是依賴于冷凍水，如果冷凍水無法供應則系統癱瘓。因此，就有下面的雙冷源系統。

優點：（1）風冷冷水機組集中制冷，制冷效率最高，運行費用最低。（2）不需要室內機、室外機的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機組連接在一起。（3）在大型數據中心系統里，工程量能相對減少。（4）不存在室內機、室外機距離限制。

缺點：（1）數據中心內部帶有水循環系統，需要設置防漏水檢測系統和防護措施。（2）施工工程相對復雜，需要有壓力管道施工資質的工程隊完成。（3）日常維護的工作復雜，需要在冷水機組的維護人員。

4.雙冷源系統機房精密空調

雙冷源系統是為確保機房精密空調的制冷的保障性，同時充分利用大樓中央空調的冷凍水，可以采用雙冷源機房精密空調。有下面2種組合：風冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統為主用，風冷系統為備用；水冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統為主用，水冷系統為備用。

優點：（1）雙系統互為備份，安全可靠性高。（2）可以充分利用大樓中央空調冷卻水，起到節能的效果。

缺點：（1）初期投資較大。（2）管線較多，占用空間大，給安裝帶來麻煩。

圖1　核心機房精密空調部署圖

三、核心機房需求技術分析

根據核心機房的整體規劃方案，共設計與核心機房配套5個區域，分別是：主服務器機房，270平米；高性能存儲區，68.2平米；UPS室，64平米；輔助設備區，20.2平米；鋼瓶間，30平米。為滿足現有業務需求及未來冗余，核心機房規劃設備容量為76臺服務器機柜、配電柜等，依據舊機房制冷系統運行的經驗及總功率法計算，信息主中心網絡機房的總制冷量為180KW，高性能存儲區總的制冷量為30KW。

預警中心大樓設計建造中，沒有設置冷凍機房或管道的空間，而水冷系統必須建設冷卻塔、水泵等外置設備；沒有安裝中央新風空調，如果安裝冷凍水系統不能將中央空調冷凍水系統作為基本的冷凍水源，無法達到循環節能的目的；沒有足夠數量、專業的專職維護人員來進行水冷及冷凍水空調系統的日常運維工作，故水冷類精密空調不適宜核心機房配備使用。

圖2　核心機房平面設計圖

根據核心機房設計規劃，只需設計主服務器機房和高性能存儲區的空調制冷方案單個機柜發熱量在2～3KW，總冷量需求較小，風冷系統空調的組合設計能夠滿足數據中心機房的需求；且風冷系統的建設成本較其他系統低，維護成本低，綜合其他因素，風冷型精密空調系統適合做為核心機房制冷設備。

四、核心機房空調系統方案的實施

按照上述需求分析，核心機房新配置3臺制冷量為80KW的下送風上回風精密空調及3臺原有制冷量為30KW的下送風上回風精密空調，從而實現機房環境的24H恒溫恒濕。

高性能存儲區配置原有2臺制冷量為30KW的下送風上回風精密空調，2臺雙冗余備份工作方式，1臺主工作，另一臺作為備份機器，通過控制器進行多種工作方式的轉換，在其中一臺精密空調出現故障時，另一臺備份空調可以為機房提供制冷，2臺機器可以輪換工作，從而實現機房環境的24H恒溫恒濕；電池間采用2臺5KW精密空調為電池提供恒溫環境；輔助設備區采用2臺5KW精密空調為UPS及其他設備提供恒溫環境。

五、結語

通過對機房常用精密空調種類及各自有缺點的分析，結合內蒙古氣象防災減災預警中心核心機房實際需求，最終選取風冷式精密空調作為核心機房制冷設備，并設計制冷方案部署實施。通過對設備的安裝調試及試運行，核心機房風冷設備效果良好，為今后機房建設與運行維護打下了良好的基礎。

［1］《電子信息系統機房設計規范》，GB50174-2008.

［2］朱利偉，草播.《綠色數據中心節能設計與建設初探》，機房技術管理，2010年.

［3］別毅，安俊新.《國家氣象信息中心二層機房二期改造空調制冷方案》.