數據中心機房空調系統設計方法研究

李楠

摘要：本文主要通過對數據中心機房空調系統的設計進行優化與分析，總結當前機房局部溫度過高的問題，分析氣流分布等情況提出有效的改進措施，確保數據中心機房空調系統運行維護的整體效果。數據中心機房設備數量眾多，需要高負荷運行，因此會產生大量的熱能。在數據中心機房中配備空調系?統，能夠有效降低室內溫度，營造安全穩定的運行環境。

關鍵詞：數據中心;機房空調;系統設計;設計方法

一、數據中心機房空調系統設計的必要性

數據中心機房是整個數據管理中心，每時每刻都在處理大量的數據信 息，常常處于超負荷運轉狀態，導致數據中心機房設備運行效率過高，能 源資源消耗量大，產生大量熱量。如果沒有做好及時散熱必然會導致機房 溫度升高，長此以往會使設備老化加劇，不利于設備的穩定運行。通過空 調系統可以有效降低機房內部溫度，促進空氣循環，保障機房設備的穩定 運行。數據中心空調系統至關重要，能夠有效避免高溫老化問題，延長機 房設備的整體使用壽命。但是在空調系統長期運行的過程中經常會出現能 耗過大、噪聲過大等問題，因此要加強對機房空調系統的全面優化與處理，節約能耗，減少環境污染，為機房的穩定運行提供多重保障。

二、數據中心機房空調系統設計的主要原則

（一）合理性原則

在數據中心機房空調系統設計的過程中最重要的就是嚴格按照機房的 實際特點進行分析，將內部環境與外部環境緊密結合，明確數據中心機房 計算機房的具體建設位置和設備的布局。根據當地所處的氣候環境特點進 行分析，制定科學合理的氣流組織優化方案，將所有可能潛在的影響因素 進行綜合分析與處理，加強數據中心機房設計管理的整體控制效果。

數據中心機房所有設備必須保證全年不間斷運行，如果對數據中心機 房內部空調系統進行設計優化，必然會改變內部環境，要盡可能確保數據 中心機房穩定運行原則下對氣流組織進行協調優化。在選擇優化方案時要 盡量考慮性價比，保證以最少的成本獲得最大的效果。

（三）可靠性原則

數據中心機房的建設，直接關系到數據信息的處理和控制效率，如果 數據中心機房出現運行故障，會造成巨大的損失。在針對數據中心機房空 調系統設計優化時要盡可能保證數據信息安全并得到妥善管理，然后對數 據中心機房進行氣流組織優化。

三、數據中心機房空調系統的主要構成

（一）精密空調

機房精密空調系統通過功率不同的機組，共同負擔機房的恒溫恒濕任 務，空調機組的進出水溫度可為 10/15℃，機房環境要求具體如表 1 所示。空調通過 N+2 主備份冗余設計，將機房精密空調與恒濕機組成空調群，與 物聯網數據中心和中控系統平臺共同連接。任何一臺設備發生故障后或者 長時間運行后都可以實現自啟動，確保整個數據中心機房內部的溫度濕度 保持在相應的環境范圍中，提高了空調系統運行維護的效果。

（二）可行性原則

（二）風冷冷水機組

在室外可以就近設置自然冷卻風冷冷水機組，尤其是在冬季或者春秋 過渡季節。通過自然冷卻模式既能夠有效減少能源資源消耗，也能夠為空 調提供穩定能源，實現綠色節能。

（三）濕膜加濕器

在數據中心機房要增加 1～2 臺專用的濕膜加濕機，每臺加濕量不小于 14kg/h。通過獨立的濕膜加濕器不僅能夠節約能耗 90%以上，也能夠將加 濕冷卻水送至供水回路，實現水資源的循環再利用。

（四）動力環境監控系統

環境監控系統能夠對數據中心機房內部溫度濕度進行實時監控，包括 雙路供電自啟動模式，利用柴油發電機作為應急備用電源，為整個空調系 統的運行提供充足的電力保障。監控系統還能夠與數據中心相互連接，針 對環境溫度供水溫度管道接入新風系統，配電安防消防等相關數據進行全 面監控，提高了對數據中心機房空調系統管理的質量。

四、數據中心機房空調系統的節能設計

（一）對機房布局進行合理優化

根據最新的數據統計顯示，數據中心總耗電量的 45%為空調系統耗電 量，對空調系統節能降耗優化設計刻不容緩。目前在空調系統設計中要盡 可能結合建筑布局和設備選型等因素進行充分考慮，滿足節能降耗需求。數據機房對光照度要求低，但是對恒溫恒濕條件要求高。在建筑物設計中 應該在首層設置各類機房，有效減少陽光植入，在外墻可以采用實體保溫 材料建筑規劃的合理性和規范性，同時保證機房內部恒溫恒濕。

（二）機柜設備的優化

機房內部機柜的整體布局會直接影響空調系統的散熱效果，如果在機 房內部機柜采用背對背或面對面的布局方式。在中間設置冷通道，當機柜 熱氣傳輸后經過機柜背部的熱通道快速排出，形成冷熱雙通道分離，使整 個機房內部氣流通道，冷熱能量通道更加通暢，實現了能源資源循環提高 了機柜的散熱效率，達到節能降耗的目的。

（三）冷水機組設備提高能效

由于數據中心機房需要全年無休連續運轉，負荷沒有明顯變化，需要 保障冷卻系統的穩定運行。通過采用自然冷卻風冷冷水機組作為冷源，在 秋冬季節可以實現自然冷卻的節能模式，通過將自然冷卻冷源與電制冷方 式相結合，能夠有效取代一部分電能消耗在冬季，室外溫度會遠低于回水 溫度可以依靠冷水機組自然冷卻來獲得足夠的低溫冷卻水，當采用風冷冷 水機組時出現自然冷卻的模塊，完全實現免費功能，不需要啟動壓縮機。

五、優化空調系統的氣流組織方式

（一）改造通信設備

在數據中心機房運行維護中通信系統會產生大量的能源能量，使得室內 溫度上升，為了確保通信系統穩定在恒溫恒濕的環境下正常工作，必須對整 個數據中心氣流組織進行有效分析。首先，要結合不同類型的通信設備所產 生的熱量進行全面判斷，通過科學合理化改造來保障整個系統的運行質量。

如果部分通信設備散熱開口過小，造成內部散熱質量差，可以適當增加通信?設備，散熱面板的孔數提高散熱效率，也能夠增加通風量使得設備內部溫度?降低。其次，要根據不同的設備環境和散熱情況選擇合理的布置方式。例如，對于散熱較大的設備要靠近空調，而對于散熱較小的設備可以適當遠離空調。

（二）改善空調的布置形式

空調出風口的位置會直接影響空調的送風量以及送風距離，也會對整 個機房的氣流組織造成嚴重干擾，所以對空調的布置形式改造十分關鍵。為了進一步降低空調送風系統的能源資源消耗，減少電費成本，需要對空 調布局進行合理布局，例如將空調出風口設置為最大輻射面積，出入風口 的距離要按照空調遠程送風能力進行合理優化與判斷，保證空調送風方向 一致，避免出現冷熱空氣相混淆的問題，具體如圖 2 所示：

（三）冷通道封閉優化

通過對冷通道內部的氣流組織進行封閉，可以極大提升能量的利用效?率降低能源資源消耗，將通道內部的冷氣進行封閉處理，迫使冷氣流強行?通過散熱設備，有助于縮短冷氣流與設備之間的距離，促使冷空氣的能量?得到充分利用，可以提高冷空氣流的利用效果，減少能源資源消耗等問題。

結束語：

數據中心機房運行中離不開空調系統，為了降低空調系統的能源資源 消耗提供冷卻效率保證空調系統穩定運行，維持數據中心機房恒溫恒濕，必須要加強對空調系統進行節能優化，通過合理規劃機房布局，優化機柜 設備形式提高空調設備能效比。同時對空調系統的氣流組織方式進行妥善 優化，能夠因地制宜，增強空調系統的冷卻性能，減少資源的浪費，提高 系統運行的穩定性和有效性。

參考文獻：

[1]孫大康，傅烈虎，花雨，等. 數據中心機房空調系統設計研究[J]. 制 冷與空調，2021，21（6）：8.

[2]閆濤，鄭匡慶，方旭寅. 綠色數據中心機房空調系統節能與露點溫 度的關系分析[J]. 節能，2019，38（11）：3.

[3]陳修敏，張九根. 數據中心機房空調系統設計及氣流優化分析[J]. 流 體機械，2014，000（011）：79-82.