數(shù)據(jù)機房室內(nèi)環(huán)境要求：

《數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱工指南》（美國供熱制冷空調工程師學會ASHRAE出版的系列叢書之一）中列出了數(shù)據(jù)中心相應分級（1～4級）所對應的環(huán)境要求。我國規(guī)范按照使用性質、管理要求及重要數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡中斷造成的損失或影響程度，將數(shù)據(jù)機房分為Ａ，Ｂ，Ｃ三級，對各級機房提出了相應的環(huán)境要求。一般大型數(shù)據(jù)機房多為Ａ級（極重要）和Ｂ級（重要），下文以Ａ級和Ｂ級為例說明。

根據(jù)相關規(guī)范和標準的要求，Ａ級和Ｂ級數(shù)據(jù)機房的溫濕度參數(shù)見表１。

數(shù)據(jù)機房內(nèi)計算機設備及機架多采用冷熱通道的安裝方式，即機柜采用面對面的形式一列一列擺放，在兩列機柜的正面面對通道中間的架空地板上設置空調送風口，在這兩列機柜之間形成一個冷空氣區(qū)，稱為冷通道。冷空氣流經(jīng)設備后形成的熱空氣排到兩排機柜背面中的熱通道中。采用冷熱通道布置的方式，能使整個機房冷空氣和熱空氣不混合，氣流流動通暢。通過冷熱通道這種氣流組織方式，提高了制冷效率。但由于采用冷熱通道設計，與規(guī)范要求的數(shù)據(jù)機房空間的溫濕度參數(shù)有所不同。空調溫濕度宜按表２設計，更適合現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)機房。

機房內(nèi)空調負荷概況：

數(shù)據(jù)機房空調負荷包括：設備負荷，新風負荷，圍護結構的傳熱負荷，人體、燈光負荷，濕負荷。

數(shù)據(jù)機房負荷的顯著特點是來自數(shù)據(jù)處理設備的內(nèi)熱顯冷負荷很大及濕負荷非常小。數(shù)據(jù)機房內(nèi)的主要空調負荷是設備負荷，數(shù)據(jù)設備熱量高度集中、分布不均勻，且數(shù)據(jù)設備可以根據(jù)機架隨時變換。數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)具有以下特點：送風量大，全年供冷運行，設備冷負荷密度高，新風負荷小，顯熱負荷大等。

數(shù)據(jù)機房的數(shù)據(jù)工藝布置直到使用時才能確定下來，這就給空調負荷計算帶來困難。項目設計時，設計人員應根據(jù)配電情況、信息設備工藝布置狀況及數(shù)據(jù)通信設備制造商提供的設備實際散熱量計算空調負荷。

機房空調系統(tǒng)：

根據(jù)現(xiàn)有空調設備和數(shù)據(jù)機房使用情況，數(shù)據(jù)中心有以下３種基本空調系統(tǒng)：風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式機房空調系統(tǒng)、冷水型機房空調系統(tǒng)。

1）風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)

該系統(tǒng)應用非常廣泛，易分散設置，隨著數(shù)據(jù)設備的增加，能夠容易做到空調設備也隨之增加，適應性強；當任意一臺空調出現(xiàn)故障時損失極小，安全性很高，運行維護費用低。但是空調數(shù)量多時，連接管路繁雜；室外機安裝需較大空間，若沒有足夠大的安裝空間，室外機散熱受影響，空調效率下降，甚至無法正常工作；空調機組效率較低；室外機噪聲不好控制；空調系統(tǒng)供電出現(xiàn)問題時，不能實現(xiàn)供冷延時，不利于對數(shù)據(jù)設備的保護。

根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)階段使用情況，使用風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)的數(shù)據(jù)機房都是2008年以前建設的或規(guī)模較小的數(shù)據(jù)機房。中國銀行信息中心、華夏銀行等都采用了該系統(tǒng)。

2）水冷直接蒸發(fā)式機房空調系統(tǒng)

該系統(tǒng)是在風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)基礎上將風冷改為水冷，具有前一種系統(tǒng)的所有優(yōu)點，同時克服了一些缺點。風冷改為水冷后，空調系統(tǒng)配管距離、高低差不受限制，克服了風冷系統(tǒng)室內(nèi)外機高差受限制的缺點，空調機組的散熱效果較好。但同時冷卻水系統(tǒng)存在單點故障，為了保證系統(tǒng)的安全性，冷卻塔和水泵需要備份；空調冷卻水系統(tǒng)采用復線或環(huán)狀管網(wǎng)，以提高水系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)現(xiàn)階段多使用在數(shù)據(jù)機房較分散又沒有風冷室外機設置位置的建筑，如寫字樓內(nèi)各層的服

務器數(shù)據(jù)機房，也用在一般建筑改作數(shù)據(jù)機房的場

所。德外印鈔造幣總公司數(shù)據(jù)機房采用了該系統(tǒng)。

3）冷水型機房空調系統(tǒng)

該系統(tǒng)由冷水機組、冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵、機房空調末端及空調水系統(tǒng)組成。相比前兩種復雜很多，但是該系統(tǒng)不僅具有水冷直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)具有的優(yōu)點，還可以在空調系統(tǒng)供電出現(xiàn)問題時，通過設置蓄冷裝置實現(xiàn)供冷延時，對制冷系統(tǒng)的安全性有實質性的提高。此空調系統(tǒng)中如果某個設備存在故障，整個系統(tǒng)就出現(xiàn)問題；為了保證系統(tǒng)安全性，空調主要設備—冷卻塔、冷水機組和水泵需要備份；空調水系統(tǒng)采用復線或環(huán)狀管網(wǎng)，以提高水系統(tǒng)的可靠性。

該系統(tǒng)適用于大型新建數(shù)據(jù)機房，冷水機組的COP值較高。１臺投入使用的冷水機組只有很短的時間工作在滿負荷狀態(tài)，大部分時間都運行在50％～75％負荷狀態(tài)；冷水機組部分負荷時綜合能效指標非常高，節(jié)能效果顯著。中國航信數(shù)據(jù)機房、農(nóng)行數(shù)據(jù)中心等采用了該系統(tǒng)。

為了使機房內(nèi)的空調機組不產(chǎn)生冷凝水，提高數(shù)據(jù)機房的安全性，空調冷水供回水溫度由７℃／１２℃提高到１２℃／１８℃。同時冷水溫度提高，冷水機組的ＣＯＰ值可以更高，系統(tǒng)節(jié)能性更好。

4）機房專用空調系統(tǒng)確定

目前大型新建數(shù)據(jù)機房普遍選用冷水型機房空調系統(tǒng)。下面以位于北京、總負荷為3500KW的數(shù)據(jù)機房為例進行分析，該項目一期負荷為2500KW。對風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)、水冷冷水型機房空調系統(tǒng)及風冷冷水型機房空調系統(tǒng)進行經(jīng)濟分析比較（水冷直接蒸發(fā)式機房空調系統(tǒng)使用較少，不列入此次比較），結果見表３。由表３可以看出，對于空調負荷小于2500KW的數(shù)據(jù)機房，使用風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)經(jīng)濟性更優(yōu)；但是對于空調負荷大于2500KW的數(shù)據(jù)機房，使用水冷冷水型機房空調系統(tǒng)經(jīng)濟性更優(yōu)。

以上分析中沒有考慮部分自然冷卻時間，實際冷水型機房空調系統(tǒng)的經(jīng)濟性和節(jié)能性應該比以上分析更優(yōu)。特別是在嚴寒地區(qū)，可以利用自然冷卻的時間更長，節(jié)能性和經(jīng)濟性更加突出。對于多大規(guī)模的數(shù)據(jù)機房使用冷水型機房空調系統(tǒng)沒有指標規(guī)定，需要根據(jù)實際情況計算負荷后，進行經(jīng)濟分析確定。

空調系統(tǒng)制冷的冷凝熱量也可以通過熱回收的方式利用，為數(shù)據(jù)機房周邊的輔助建筑供熱。水冷冷水型機房空調系統(tǒng)及風冷冷水型機房空調系統(tǒng)節(jié)能方式不同，下文詳細說明。

1.水冷冷水型機房空調系統(tǒng)

為了提高數(shù)據(jù)機房的安全性和節(jié)能性，空調冷水供回水溫度采用12℃／18℃。選型時適當加大冷卻塔容量，避免散熱效果下降造成制冷不足。水冷冷水型機房空調系統(tǒng)冷源示意圖見圖１。

該系統(tǒng)中冷水機組的COP值較高，可以達到6.0以上。冷水機組采用變頻技術時部分負荷下綜合能效指標非常高，冷水機組的IPLV可達到9.0以上，節(jié)能效果顯著。系統(tǒng)工作模式：

a.夏季，利用水冷冷水機組制冷運行，充分利用水冷冷水機組夏天運行高能效性特點。

b.冬季，充分利用室外自然冷源，通過自然冷卻換熱器供冷，無壓縮機運行供冷，系統(tǒng)能效顯著提高。

c.過渡季節(jié)，利用水冷冷水機組和自然冷卻換熱器聯(lián)合供冷。

2.風冷冷水型機房空調系統(tǒng)

水冷冷水系統(tǒng)的冷卻水消耗量比較大，適用于水資源豐富的地區(qū)。鑒于此原因，可以考慮采用風冷冷水型機房空調系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用這種自然冷卻方式，優(yōu)先利用室外低溫空氣冷卻循環(huán)冷水，可以實

現(xiàn)無壓縮機運行制冷，顯著降低壓縮機的電耗。

a.夏天，開啟制冷機（和常規(guī)一樣）。

b.過渡季節(jié)大部分時間，當環(huán)境溫度比冷水回水溫度低２℃以上時，進行自然冷卻預冷冷水（無壓縮機功耗），自然冷卻不夠的部分，由常規(guī)壓縮制冷補充（有壓縮機功耗）。

c.冬季和過渡季節(jié)的部分時間，當環(huán)境溫度比冷水回水溫度低10℃以上時，完全采用自然冷卻方式冷卻冷水，無壓縮機功耗，僅有少量風扇電耗。

自然冷卻作為節(jié)能的主要手段，主要使用在嚴寒及寒冷地區(qū)?；谝陨系脑瓌t，大型數(shù)據(jù)機房建議建設在嚴寒及寒冷地區(qū)且水資源豐富的地區(qū)。

空調系統(tǒng)安全：

為了保證數(shù)據(jù)中心全年8760ｈ不間斷供冷，設計中需要對機房空調進行互為備用和多樣化的設計，以保證空調系統(tǒng)的安全運行，避免因為空調系統(tǒng)故障影響數(shù)據(jù)中心運行。

1.末端設備（機房空調）的備用和多樣化

１）各數(shù)據(jù)機房設置Ｎ（表示實際需要的設備臺數(shù)）＋Ｘ（備用）臺機房空調，保證任何１臺機組發(fā)生故障都能有備用空調替代，同時合理分配每臺機房空調的運行時間。

２）對于雙冷源的數(shù)據(jù)中心，機房空調配備了雙冷凍盤管。設計雙路冷水系統(tǒng)，保證在任何時候都有兩路不同的冷水可供應機房空調。

３）機房空調交叉供電，降低因供電系統(tǒng)故障導致數(shù)據(jù)機房全部斷電。

２.制冷系統(tǒng)的備用

１）空調系統(tǒng)冷源設計按照Ｍ（空調設備的數(shù)量）＋１原則備份；空調水系統(tǒng)管道均設置環(huán)線或復線，可保證當一條管線檢修或故障時，空調系統(tǒng)運行不受影響。

２）冷卻水補水設置補水池（一般保證36ｈ的用水量），保證空調系統(tǒng)安全運行。

3.電力故障時空調系統(tǒng)的延時運行

當采用冷水型機房空調系統(tǒng)時，給冷水循環(huán)水泵提供不間斷電源（ＵＰＳ），并設置一定體積的蓄冷罐，在電力故障和冷水機組重啟期間維持設備運行一段時間，給設備恢復供冷提供緩沖時間，從而保證設備安全。

４．數(shù)據(jù)機房的防水和排水

水冷系統(tǒng)應當充分考慮數(shù)據(jù)機房的防水和水系統(tǒng)的緊急泄水及泄水收集措施。

節(jié)能：

衡量數(shù)據(jù)機房的重要指標—電力使用效率PUE＝數(shù)據(jù)中心的總能耗／IT設備能耗。據(jù)統(tǒng)計，機房空調系統(tǒng)電耗占整個數(shù)據(jù)機房電耗的45％左右，其中冷源部分占到2/3。因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)機房冷卻系統(tǒng)是最有效的節(jié)能措施，可以有效提高PUE值。數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)的主要節(jié)能途徑與節(jié)能措施如下。

１ 合理設定參數(shù)

在滿足機房工藝的前提下，確定合理的溫度、濕度和新風量，可以降低運營成本，同時延長空調設備的使用壽命，是節(jié)能的重要體現(xiàn)。通過對部分機房進行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)機房空調設置溫度每調高１℃，可以節(jié)能5％～12％，所以適當提高空調設置溫度，對節(jié)能意義較大。在溫度優(yōu)先原則下，放寬濕度控制標準，可根據(jù)季節(jié)的不同，改變濕度的設定值。如夏季的室內(nèi)相對濕度值可適當提高，縮短空調的除濕時間；冬季機房相對濕度值盡量降低，縮短空調的加濕時間。

2 合理優(yōu)化工藝和配電系統(tǒng)的配置

應盡量按照信息設備系統(tǒng)的重要性和運行連續(xù)性要求等分別配置工藝供電回路。對于非24ｈ運行的設備，在安全的前提下可以考慮在其非運行工況下關閉，或減少空調設備的運行負荷。

3 送回風方式

所有IT機柜采用面對面、背對背的冷熱通道形式，機房空調機組和電腦機架的行列呈垂直式布置。機房空調氣流組織采用下送上回，空調機組輸送冷空氣進入活動地板靜壓箱，通過地面送風口，空調風吹向計算機設備，通過封閉的熱通道和吊頂靜壓箱進行回風。

高密度機柜模塊區(qū)域，加大冷通道寬度，并采用封閉冷通道，以改善氣流組織，為機柜提供足夠的冷風；或者采用密閉液冷機柜（密閉液冷機柜是在普通機柜排前部安裝20cm深延伸框架，后部也安裝20cm深延伸框架，機柜排左右兩個側端安裝封板，前部20cm為冷氣流通道，后部20cm為熱氣流通道。冷熱空氣在整排柜體內(nèi)部進行循環(huán)，與機房空氣不連通），直接將冷水送至數(shù)據(jù)機柜，減少了地板送風能耗。

送風節(jié)能控制：當風機、水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降，所以建議機房專用空調室內(nèi)機選用直流調速風機?？梢愿鶕?jù)機房的要求和空調的顯熱比來合理選擇風機風量。

4 選擇合理的空調系統(tǒng)

根據(jù)數(shù)據(jù)機房的容量，考慮空調系統(tǒng)節(jié)能，可優(yōu)先采用水冷冷水型機房空調系統(tǒng)，選用高能效比冷水主機設備，采用一級泵變流量系統(tǒng)，通過板式換熱器節(jié)約冬季運行費用。

北方地區(qū)采用全熱回收水冷螺桿式冷水機組回收熱量，為數(shù)據(jù)機房新風處理機組及辦公區(qū)空調提供冬季所需熱源。對于寒冷地區(qū)的數(shù)據(jù)機房還可采用空氣側自然冷卻系統(tǒng)，直接通過室內(nèi)外空氣的換熱或混合等實現(xiàn)數(shù)據(jù)機房的降溫，原理見圖２。

以北京地區(qū)為例，單個數(shù)據(jù)機房空氣側自然冷卻機組使用狀況分析見表４。

5 冷熱電聯(lián)產(chǎn)

冷熱電聯(lián)產(chǎn)可以有效緩解用電高峰時大電網(wǎng)的壓力，減少嚴重事故發(fā)生的可能；電網(wǎng)一旦發(fā)生故障時，分布式能源系統(tǒng)可以保證重要用戶的供電不中斷。

設計體會：

數(shù)據(jù)機房項目發(fā)展很快，從低密度的數(shù)據(jù)機房發(fā)展到現(xiàn)階段的高密度數(shù)據(jù)機房，空調系統(tǒng)也不斷調整，從風冷直接膨脹式機房空調系統(tǒng)到現(xiàn)在使用很普遍的水冷冷水型機房空調系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)機房能耗的不斷增加，對系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高。

近幾年，大型數(shù)據(jù)機房和大型計算機發(fā)展很快。設計時必須要考慮空調系統(tǒng)的節(jié)能要求，要考慮將成熟的節(jié)能技術應用在項目中，特別是北方的項目，應當考慮如何利用機房的發(fā)熱，同時還要保證空調系統(tǒng)的安全性不降低。

來源：精密空調 http://preweds.com/

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