數據中心機房空調設計

馬天順

【摘要】本文對數據中心機房空調負荷特點進行分析，進而提出合理的空調系統設計以及冷熱源配置。

【關鍵詞】數據中心機房空調負荷特點；空調系統設計；冷源配置

Data center room air conditioning design

Ma Tian-shun

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】This paper analyzes the characteristics of air conditioning load in the data center room， and then puts forward the reasonable air conditioning system design and cold and heat source configuration.

【Key words】Data center room air conditioning load characteristics；Air conditioning system design；Cold source configuration

1. 前言：

近年來，許多重要的工作都離不開信息處理，所以在民用建筑中，越來越多的新建工程里，都配備數據中心機房，面積在幾百平米到幾千平米不等。針對在民用建筑中出現的此類機房，它的空調系統與民用建筑有所不同。本文將對數據中心機房的空調設計，從以下五個方面進行分析：數據中心的分類，數據中心的環境要求，空調負荷特點，空調系統設計，冷源配置。

2. 數據中心的分類

按規模，數據中心可以分為超大型數據中心、大型數據中心、中型數據中心和小型數據中心，甚至還有迷你數據中心。從運營層面，數據中心可以分為企業自用數據中心、第三方托管數據中心。從機房可用性角度將電子信息機房定義為A、B、C三類，其中A類要求最高。

3. 數據中心的環境要求

（1）機房溫度要求。

在正常工作的服務器中，一般CPU的溫度最高，當電子芯片的溫度過高時，非常容易出現電子漂移現象，服務器就可能出現宕機甚至燒毀。數據中心溫度是確保服務器等IT設備正常穩定運行的先決條件，溫度對設備的電子元器件、絕緣材料以及存儲介質都有較大的影響。電子信息設備運行時會產生極大的顯熱量，當電子信息設備較長時間處于高溫或較大溫度變化梯度的環境中時，可能因溫度過高而出現宕機現象，溫度長期過高，可使數據處理設備工作環境惡化，將縮短電子信息設備的使用壽命，也使電子信息設備的可靠性降低。 因此機房環境溫度與設備運行的可靠性之間有必然聯系。 《電子信息系統機房設計規范》（GB 50174-2008）中對相應機房的設計溫度也做了規定。對于數據中心來講，均應按A級與B級要求控制主機房溫度，其主機房設計溫度為23±l℃，C級機房的溫度控制范圍是18-28℃，機房不工作時，其溫度應控制在5-35℃。輔助機房的控制范圍為18-28℃。另外對于不間斷電源（UPS）和電池室要求溫度控制在15-25℃。

（2）環境溫度變化率要求。

電子信息設備制造商提出了電子信息設備允許環境溫度變化率的要求，以 避免環境溫度的突然變化對電子信息設備造成沖擊。國標推薦的溫度變化率為小于5℃/h。ASHRAE推薦最大環境溫度變化速率為5℃/h。磁帶和存儲設備對溫度變化速率要求更高，相關廠家一般要求其環境溫度變化速率小于2℃/h，濕度變化速率小于5%/h。電子信息設備不工作時可以允許其環境溫度在一個較大范圍內變化，但需要開啟數據中心機房空調系統，以維持最低的運行工況，避免電子信息設備受到熱沖擊。

（3）相對濕度要求。

《電子信息系統機房設計規范》中推薦機房的濕度為：A級與B級機房要求控制主機房濕度40%～55%，其輔助機房的濕度的控制范圍為35%～75%。

（4）空氣過濾要求。

《電子信息系統機房設計規范》中要求A級和B級主機房的含塵濃度，在靜態條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5μm 的塵粒數應少于18000粒。主機房內空調系統用循環機組宜設初或中效過濾器。新風系統應設初、中效空氣過濾器，宜設亞高效過濾器。

（5）新風要求。

《電子信息系統機房設計規范》中空調系統的新風量應取下列二項中的最大值：維持室內正壓所需風量；按工作人員計算，每人40m3/h。對于無人機房新風可取自走廊、樓梯間等室內空間。

4. 數據中心機房空調負荷的特點

機房主要負荷來自于設備散熱。根據《電子計算機機房設計規范》（GB 50174-2008），室內計算參數如下：

設計中遇到的機房一般為A級或B級，且考慮設備為開機狀態。

機房內空調最顯著的特點：

（1）設備散熱量大，散濕量小（主要散濕量來自于工作人員）。室內負荷特點：為常年穩定的冷負荷，空氣處理過程接近于等濕冷卻的干式降溫過程。

（2）空調送風焓差小、風量大。換氣次數：電子計算機房為20～70次/h，程控交換機房為30～60次/h。

（3）為保證正壓要求，一般要求設新風系統和相應的排風系統。

（4）數據機房全年不間斷運行，要求數據系統具備高可靠性，因此也要求機房內空調系統具備相當高的可靠性。

（5）溫度控制的精度要求高并且穩定。數據機房不僅要求溫度的波動幅度不能超過規定的范圍，也對溫度變化的幅度也有明確的要求，一般小于5℃/h。

（6）由于要求在冷量一定的情況下，通過大風量的循環使機房內運行設備發出的熱量能夠迅速得到消除，并且通過高送風壓力使冷風能夠送到較遠的設備處，并且還要使機房內部的加除濕過程縮短，濕度分布均勻，所以要求：空調機房有合理的氣流組織。

5. 數據中心機房的空調設計

5.1機房專用的空調及氣流組織。

目前，數據中心機房一般都用專用空調機，來實現對機房內設備的降溫處理。機房空調機類型不一，此處不再一一贅述，以下主要就氣流組織進行分析。按《電子計算機機房設計規范》（GB 50174-2008）：

其中下送上回方式，在大中型機房內比較常用。其優點：

（1）空調送風氣流流程與機柜冷風吸熱后的氣流流型一致，從而避免了冷熱氣流的混合，影響工作區的環境溫度。

（2）機柜冷卻效果好，可以用較少的風量達到機柜冷卻的目的。

（3）進入室內工作區和機柜內的氣流潔凈度好。

（4）活動地板送風口可以采用帶有調節閥門的風口，或者采用旋流風口，可加大氣流速度的衰減，從而減少對人員的吹冷風感覺。

5.2新風系統。

（1）為了保證室內正壓，需要設計新風系統和相應的排風系統。對于新風系統，一般將其處理到大于室內露點溫度即可，這樣可以負擔一部分室內冷負荷。對于新風，其負荷是不穩定的，主要在于室外干球溫度與室內露點溫度的關系。室外干球溫度高于室內露點溫度時，新風負荷為冷負荷，可由機房制冷系統負擔，反之為熱負荷，考慮到大樓供暖系統只是在冬季的白天運行，所以新風熱負荷由電加熱解決。

（2）對于新風加濕，一般采用可靠的電加濕。此部分電量也比較客觀，作為暖通專業，應進行計算并及時將電量提給電氣專業。

6. 冷源配置

機房空調冷凝方式有風冷、水冷、乙二醇溶液冷卻等。

6.1風冷，即機房專用空調機，其配套室外機，可在室外氣溫降至-15℃時仍能可靠運行，空調系統管路內走冷媒。

6.2水冷，有風冷冷水機組和水冷冷水機組，空調系統管路內走冷凍水。

（1）對于風冷冷水機組，需要選擇自然冷卻型風冷機組，確保室外溫度較低時能正常運行，且比較節能。

（2）對于水冷冷機組，當室外濕球溫度低于某值時，可利用冷卻塔提供免費冷。需要注意的是，免費冷運行工況，冷卻塔制冷能力有所降低，需要廠家按冬季工況進行選型計算。免費冷系統，冬季換熱器兩側運行水溫，總結以往的設計經驗，在此給出一個比較合理的數值供參考：冷卻水側溫度一般為9/12℃，冷凍水側溫度一般為15/10℃。

6.3乙二醇溶液冷卻，同水冷冷卻原理，只是空調系統管道里走乙二醇溶液，其優點是冬季防凍。

7. 結語：

針對機房的空調設計：

（1）室內需先確定合理的氣流組織，進而選擇室內機型號。根據新風量確定新風機組，并設計相應的排風系統。

（2）冷源的配置比較復雜，無論是哪種冷源，都要保證其常年穩定可靠，并盡可能做到節約能源，在進行論證分析后盡快確定其室外機臺數，位置，重量等，與其他各專業進行緊密配合。

參考文獻

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