中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)探討

中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)探討摘要：隨著信息化進(jìn)程加快，越來(lái)越多的新建民用建筑配置中小型數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心根據(jù)建設(shè)等級(jí)的不同，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求也不同，制冷方案的選擇是在保證數(shù)據(jù)中心可靠性要求的前提下，選擇適宜的、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)工況。數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)屬于工藝性空調(diào)，與常規(guī)舒適性空調(diào)存在明顯差異。其不僅要滿足機(jī)房?jī)?nèi)溫濕度、控制精度等要求，還要求穩(wěn)定不間斷運(yùn)行。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心機(jī)房；機(jī)房空調(diào)；空調(diào)設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷特征1.1數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷組成根據(jù)數(shù)據(jù)中心特性，其空調(diào)負(fù)荷主要由數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備散熱、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、人體熱負(fù)荷、照明裝置散熱、新風(fēng)負(fù)荷等部分組成。1.2數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)特性數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)特性主要包括：（1）數(shù)據(jù)中心設(shè)備為常年散熱，須持續(xù)供冷，不間斷運(yùn)行。（2）以設(shè)備散熱（顯熱）為主，潛熱極小。一個(gè)服務(wù)器機(jī)柜散熱量在每小時(shí)幾千瓦至十幾千瓦（如安裝刀片式服務(wù)器，則散熱量更高）。大中型數(shù)據(jù)中心散熱量在400W/m2左右，裝機(jī)密度高的數(shù)據(jù)中心散熱量可以達(dá)到600W/m2以上。（3）為使機(jī)房?jī)?nèi)各區(qū)域溫濕度均勻，末端系統(tǒng)具有大風(fēng)量、小焓差的特性。（4）空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等影響電子元件壽命，容易引起接觸不良或短路等，故數(shù)據(jù)中心有空氣潔凈度的要求。2中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)2.1環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案的影響外部環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)計(jì)方案選擇的影響主要體現(xiàn)在室外氣象條件、空氣質(zhì)量、資源配置、建筑條件等。室外氣象條件影響空調(diào)設(shè)備的選型和自然冷卻運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，室外氣象條件和空氣質(zhì)量最終決定了數(shù)據(jù)中心能否采用全新風(fēng)冷卻方案.資源配置主要考慮電力配置和水資源配置對(duì)方案選擇的限制，如我國(guó)西北地區(qū)冬季氣候寒冷干燥，適合采用自然冷卻模式，但由于水資源的匱乏,耗水量大的方案（如蒸發(fā)冷卻）受到限制。數(shù)據(jù)中心的空調(diào)設(shè)備應(yīng)按照極端氣象條件進(jìn)行容量配置和選型，才能保證數(shù)據(jù)中心不中斷運(yùn)行，以此原則計(jì)算冷負(fù)荷進(jìn)而選擇適當(dāng)?shù)睦湓矗拍艽_保數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。（2）內(nèi)部環(huán)境要求及熱濕負(fù)荷計(jì)算內(nèi)部環(huán)境主要考慮在滿足機(jī)房運(yùn)行溫濕度要求的前提下，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,包括送/回風(fēng)溫度的選擇、水系統(tǒng)供/回水溫度的選擇，這些參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的性能有著直接影響⑴室外氣象條件和空調(diào)運(yùn)行參數(shù)也決定著是否可以利用自然冷卻系統(tǒng)及自然冷卻工況運(yùn)行時(shí)間。機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫度選擇與所采用的空調(diào)形式有關(guān)，采用風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，回風(fēng)溫度受到壓縮機(jī)限制.從大多數(shù)機(jī)房運(yùn)行情況和空調(diào)廠家推薦數(shù)據(jù)來(lái)看，房間級(jí)空調(diào)一般不高于30°C,列間空調(diào)一般不高于37P。水冷式空調(diào)或者熱管背板空調(diào)。由于沒(méi)有壓縮機(jī)限制，可以設(shè)定較高的回風(fēng)溫度，傳統(tǒng)服務(wù)器采用水冷式空調(diào)時(shí)，回風(fēng)溫度可達(dá)到40C，高溫服務(wù)器可耐受更高的冷卻氣流溫度，允許空調(diào)設(shè)置更高的回風(fēng)溫度。采用回風(fēng)溫度或冷通道內(nèi)溫度需要維持在什么水平，對(duì)于空調(diào)方案的選擇有著決定性的影響。同時(shí)，機(jī)柜的功率也是一個(gè)關(guān)鍵因素。2.2氣流組織要求對(duì)數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案的影響數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備多、熱密度大，良好通暢的氣流組織不僅能夠保證機(jī)房溫濕度滿足設(shè)計(jì)要求，而且能夠做到優(yōu)化空調(diào)運(yùn)行工況、提高效率、降低系統(tǒng)風(fēng)量,從而節(jié)約系統(tǒng)能耗。2.3數(shù)據(jù)中心運(yùn)行要求對(duì)制冷空調(diào)設(shè)備選型的影響隨著近幾年機(jī)柜內(nèi)部署的服務(wù)器功率密度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的平行排列方式已被絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心放棄,而采用“面對(duì)面、背對(duì)背”排列?？紤]到設(shè)備發(fā)熱形成上升氣流,在單機(jī)柜功率不大時(shí)（一般不大于7kW）采用下送風(fēng)、上回風(fēng)的氣流組織，通過(guò)架空地板和冷、熱通道隔離將送風(fēng)氣流和回風(fēng)氣流隔離.當(dāng)單機(jī)柜功率在3kW以下時(shí)或電池間等發(fā)熱量較低的場(chǎng)合,可采用風(fēng)管上送風(fēng)或風(fēng)帽送風(fēng)方式⑵。當(dāng)機(jī)柜功率進(jìn)一步提高，比如某互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心核心機(jī)房，其單機(jī)柜功率在25kW以上，通常會(huì)采用列間空調(diào)和背板空調(diào)相結(jié)合的方式，采用就近送風(fēng),提高系統(tǒng)可靠性和效率。（2）冷/熱通道封閉目前絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都采用冷、熱通道隔離的布置方式，將送入機(jī)柜的冷空氣與機(jī)柜排出的熱空氣隔離，避免了冷熱空氣的混合，空調(diào)系統(tǒng)效率得到提升.一般來(lái)說(shuō)，機(jī)房?jī)?nèi)單機(jī)柜功率不超過(guò)5kW時(shí)，機(jī)柜布置可采用冷、熱通道不封閉方式。當(dāng)單機(jī)柜功率超過(guò)5kW時(shí)，需要采用冷、熱通道封閉方式。通道封閉有封閉冷通道和封閉熱通道2種方式，其目的都是隔絕空調(diào)的送、回風(fēng)氣流。冷、熱通道隔離通常需要與空調(diào)送風(fēng)方式相結(jié)合。（3）室外機(jī)氣流組織對(duì)于風(fēng)冷式空調(diào)，室外機(jī)的散熱情況影響機(jī)組的性能.當(dāng)室外機(jī)放置過(guò)于密集或通風(fēng)不暢區(qū)域時(shí),容易造成系統(tǒng)冷凝壓力過(guò)高，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組高壓保護(hù)停機(jī)，威脅機(jī)房安全穩(wěn)定運(yùn)行.因此，室外機(jī)空間需要考慮3個(gè)問(wèn)題:①室外機(jī)散熱條件;②樓層承重及空間;③管路路由及室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)高差及距離。必要時(shí),可利用BIM軟件進(jìn)行室外機(jī)布局模擬，驗(yàn)證平臺(tái)空間是否滿足要求，同時(shí)利用CFD模擬室外機(jī)氣流組織，保證冷凝溫度在合理范圍內(nèi)。2.4機(jī)房新風(fēng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心新風(fēng)量是指維持室內(nèi)正壓所需的新風(fēng)量和機(jī)房?jī)?nèi)工作人員所需的新風(fēng)量，按兩者的最大值作為機(jī)房所需的新風(fēng)量。維持機(jī)房人員健康所需的新風(fēng)量可按40m3/（人?h）計(jì)算，維持機(jī)房正壓所需的新風(fēng)量按表3計(jì)算。數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用預(yù)處理新風(fēng)機(jī)組引入室外新鮮空氣，設(shè)置三級(jí)過(guò)濾（初效+中效+亞高效），使處理后送入機(jī)房的新風(fēng)滿足機(jī)房空氣潔凈度要求⑶。新風(fēng)管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥與消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。夏季新風(fēng)以等室內(nèi)露點(diǎn)溫度送風(fēng)，控制室內(nèi)濕度。冬季新風(fēng)加熱至12°C(高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度)送風(fēng)，當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)部相對(duì)濕度低于40%時(shí)，啟動(dòng)加濕器進(jìn)行加濕處理。2.5機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房和電池室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，在氣體滅火區(qū)域設(shè)置通風(fēng)設(shè)施，其排風(fēng)量按換氣次數(shù)8次/h確定，排風(fēng)口設(shè)在氣體滅火區(qū)域下部并直接通至室外。電池室設(shè)有機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)按平時(shí)3次/h、災(zāi)后8次/h確定［4］電池室排風(fēng)系統(tǒng)兼做災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)支管設(shè)兩個(gè)排風(fēng)口，一個(gè)設(shè)在上部，排除可能產(chǎn)生的少量氫氣，另一個(gè)靠近下部用以排除災(zāi)后氣體。2.6機(jī)房空調(diào)給水排水設(shè)計(jì)機(jī)房空調(diào)加濕器供水干管及空調(diào)冷凝水干管建議設(shè)于下層吊頂內(nèi)，冷凝水管按1%坡度設(shè)置。為有效杜絕水系統(tǒng)漏水進(jìn)入機(jī)房設(shè)備區(qū)域，精密空調(diào)區(qū)域地面設(shè)置擋水壩，并設(shè)置漏水檢測(cè)。結(jié)語(yǔ)：數(shù)據(jù)中心能耗中約40%為空調(diào)耗能，設(shè)計(jì)方應(yīng)充分調(diào)研并根據(jù)機(jī)房規(guī)模、氣候條件、投資、節(jié)能訴求及運(yùn)維能力等因素綜合考量選擇合適的冷源及末端方式。不管采用什么樣的制冷架構(gòu)和設(shè)計(jì)工況，數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是要保證該工作溫度的持續(xù)和穩(wěn)定。同時(shí)需注重機(jī)房新風(fēng)設(shè)計(jì)和給水排水、自控系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)。受篇幅所限，文中未對(duì)熱管末端、水冷柜門等機(jī)架級(jí)空調(diào)進(jìn)行描述。參考文獻(xiàn)：［1］韓武松，鄭坤，郭然.提高數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)溫度的可行性及節(jié)能分析［J］.制冷與空調(diào)，2020,20(02):94-98.［2］黃培鑫.災(zāi)備數(shù)據(jù)中心機(jī)房