老舊機房樓空調系統風冷改水冷方案研究

丁 強

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，山東 濟南 250001）

0 引 言

老舊機房樓的空調系統以傳統風冷空調為主，隨著設備集成度的發展，單機柜功耗的逐漸增大，機房散熱量越來越大，對于一些集成度高的數據機房，傳統風冷空調系統逐漸出現空間氣流組織不暢、局部過熱、機房空調系統耗能過大等問題。本文在分析老舊機房樓傳統風冷空調系統存在問題的基礎上，對進行水冷空調系統改造的方案進行了分析研究。

1 老舊機房樓風冷空調系統現狀分析

早些年建設的機房樓基本以風冷空調系統為主，隨著機房內設備裝機量越來越大，設備的單機柜功耗越來越高，機房逐漸出現了機房內氣流組織不暢、局部過熱等現象；為了解決局部過熱問題，又簡單的不斷增加空調，隨之而來的是室外機安裝越來越緊湊、散熱不暢、高溫告警、噪音擾民，此外還直接導致空調用電量越來越大[1]。以某座已投產10多年的機房樓為例，單層建筑面積1 500 m2，共3層；1層為高低壓配電室，2、3層為電力電池室及主設備機房。機房內主設備區域鋪設300 mm高防靜電地板，機房內安裝機房精密空調，采用下送風方式；電源機房采用上送風方式。目前2、3層機房共配置了27臺風冷精密空調，運行中空調全部開啟，配置的空調總制冷量約為1 880 kW，而機房總負載約為420 kW，機房現有空調總制冷量遠大于實際負載需求。分析原因，主要有：

（1）主設備機房寬度為29 m左右，兩側均放置空調，一般地板下送風精密空調有效送風距離在10 m以內，導致機房中間位置冷風送不過去，部分機房中間位置已出現高溫告警[2]。

（2）機房內防靜電地板高300 mm，很大程度上也影響了機房整體的送風距離以及制冷效果。

（3）機房內未大范圍鋪設帶孔通風地板，是通過設備下方不鋪設地板進而實現送風。此種送風方式對于部分采用下進風、上出風或者后出風的傳輸設備制冷效果較好，但對于目前采用前進風、后出風的大部分核心網、數據網設備，制冷效果較差，未能實現對機柜內部上方設備的有效送風。

（4）機房樓南側及西側均為居民樓，室外機的常年高負荷運轉已對周邊居民樓產生噪音污染并遭到投訴。為了解決噪音問題，已把空調室外機全部挪至機房北側室外機平臺，并占用了4層機房北室外機平臺的安裝位置。

（5）空調設備老化，制冷能力下降，而且室外冷凝器散熱集中，容易出現高壓報警。

2 水冷空調系統改造方案

目前，針對風冷空調系統存在的問題，有氟泵空調、增加封閉通道、精確送風、增加空調群控系統以及水冷空調系統改造等多種節能改造方案。綜合比較而言，如果機房樓具備土建改造條件的話，應選擇水冷空調系統改造，以便可以最大限度地解決風冷空調系統存在的各種問題[3]。

2.1 室外冷源方案

風冷冷水機組作為一種十分成熟的技術，相對于傳統的風冷式傳統機房精密空調，室外冷源更加集中，制冷效果更好、更加節能、能源利用率（Power Usage Effective，PUE）值更高。相對于在數據中心已廣泛應用的大容量水冷冷水機組，風冷冷水機組+自然冷源模塊具有以下優勢，更適合老舊機房樓原有風冷空調系統的改造。

（1）不需要占用專門的機房，并且無需安裝冷卻塔及泵房，維修簡單，運行方便，無需專業人員維護。

（2）無冷卻塔冷卻水系統，無冷卻水系統動力消耗，無冷卻水損耗。

（3）風冷冷水機組集中制冷，制冷效率最高，運行費用最低。

（4）不需要室內機、室外機的連接銅管。

（5）不存在室內機、室外機距離限制。

（6）可以用幾組冷水機組做N+1不備份工作方式，占地面積相對小。

2.2 機房空調末端方案

根據國家對數據中心的節能要求，結合空調節能的發展形勢，空調末端有以下3種方案可選：

（1）冷凍水型機房專用空調

采用活動地板下送風、上回風的氣流組織形式，機房內機柜按照冷熱通道分隔的方式布置，并對高功耗機房封閉冷通道。

（2）冷凍水型列間空調

氣流組織為前出風，水平吹向兩側空調，從空調后部回風?？照{風機采用EC風機，且氣體輸送距離短，風機功率小。機房采用封閉冷通道措施，優化氣流組織，減少混風損失。列間空調通過管道及冷量的備份保證室內空調系統的可靠性，在兩列通信機柜組成的制冷單元內列間空調臺數達到N+1冗余備份[4]。

采用列間空調的機房，IT設備需要面對面、背靠背方式排列，機架通風采用前進、后出的通風方式，冷通道需要封閉，冷通道封閉需要同機架安裝同時進行。

（3）熱管末端

利用工質相變（氣/液態轉變）實現熱量快速傳遞的一種末端形式，通過換式換熱器、銅管、熱管背板，直接吸收機架中IT設備發出的熱量，實現冷量按需分配，避免局部熱點。 新型空調末端與冷凍水型機房專用空調的比較如表1所示。

表1 新型空調末端與冷凍水型機房專用空調的比較表

考慮到本機房樓1、2、3層機房已投入使用，均采用傳統風冷式機房精密空調的制冷方式，未在機房內預留排水系統，故本工程推薦熱管形式的空調末端，采用水不進機房的方案。主設備機房可采用熱管列間、熱管背板、熱管頂置式等空調末端形式；電力電池室可以采用熱管機房精密空調的方案[5]。

2.3 樓頂設備降噪處理

隔聲降噪措施主要是針對設備底部壓縮機等部位進行隔聲降噪處理，將設備運行時產生的噪聲隔離在隔聲罩內部，使其減少向外部傳播。消聲降噪措施主要是針對設備頂部排風口及設備進風口部位進行消聲降噪處理，減少其產生的噪聲對居民居住環境造成的影響。

風冷冷水機組設備整體安裝半封閉式隔聲罩，將設備運行時自身產生的噪聲與外界隔離，防止聲泄露，降低聲級，排除設備運行時產生的噪聲對周圍環境的影響。

為保證設備能夠正常運行，有足夠的排風量和進風量，同時又不造成噪聲泄漏，在隔聲罩頂部、設備上方安裝排風消聲器，有效消聲長度為1 500 mm，消聲片安裝比例為1:1.5。

隔聲罩頂部，排風消聲器之間加裝上進風消聲器，有效消聲長度為1 000 mm，消聲片安裝比例為1:1.5，隔聲罩的東側不做隔聲封閉，作為進風口，保證設備有足夠的進風量。

隔聲罩由塊狀的隔聲板組裝而成，隔聲板的厚度為100 mm。

進、排風消聲器均為片式阻性消聲器，消聲器的通風量根據設備所需風量設計，既保證消音量又保證設備的通風需求。

隔聲罩鋼結構底部不與屋面生根避免破壞防水，鋼結構與設備下方現有鋼構底座連接固定，保證其牢固性。

樓頂冷水機組降噪處理方案如圖1所示。

圖1 樓頂冷水機組降噪處理方案

3 結 論

空調系統是機房樓安全、穩定運行的關鍵因素，也是機房樓綠色節能的關鍵所在。針對老舊機房樓空調系統的節能改造，如果機房樓具備改造條件，應進行相應的水冷空調系統改造。盡管施工難度大，但可最大限度的降低PUE，實現綠色、節能。