小型數(shù)據(jù)機(jī)房雙空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道設(shè)計(jì)

童 超 熊竹雅

（南昌廣播電視臺，江西 南昌330038）

1 空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)的必要性

1.1 空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)的意義

隨著科技進(jìn)步和人們對節(jié)能意識的提高，無論是在專業(yè)機(jī)房還是在民用領(lǐng)域，人們對于制冷的需求不再是只要求有冷風(fēng)吹出，而是把重心放在了如何使制冷效率更高，冷量分布更均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)更節(jié)能這些方面，而這些很大程度可以通過合理的風(fēng)道設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，因此如何將風(fēng)道設(shè)計(jì)的更為科學(xué)就顯得尤為重要。

1.2 數(shù)據(jù)機(jī)房的制冷需求

對于數(shù)據(jù)機(jī)房來說，在實(shí)際使用過程中，因各種因素制約，容易造成機(jī)房氣流組織不合理、不通暢。由于IT設(shè)備是靠機(jī)房空調(diào)送入的冷風(fēng)與其散熱充分交換從而帶走熱量，降低機(jī)器內(nèi)溫度，氣流組織起到熱交換媒介紐帶作用，因此當(dāng)熱交換的紐帶不順暢、不合理時(shí)，機(jī)房空調(diào)設(shè)備容量配置只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求量，以滿足機(jī)房需求，這將使得能效大打折扣，對機(jī)房溫度和濕度的均勻分布也將有極大影響。

1.3 合理的空調(diào)風(fēng)道所具備的優(yōu)點(diǎn)

1.3.1 均勻的機(jī)房溫度濕度分布

通過均勻的風(fēng)口分布，可以使機(jī)房內(nèi)各設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口溫度保持較高的一致性，保證了大部分冷量都能進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)并形成穩(wěn)定的空氣流動，避免局部熱點(diǎn)產(chǎn)生。

1.3.2 顯著提高機(jī)房空調(diào)冷量利用率

風(fēng)道的建立使冷氣流從設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，從設(shè)備的出風(fēng)口將熱量帶出并很快進(jìn)入到空調(diào)的回風(fēng)口進(jìn)行循環(huán)，這一過程，避免了冷量往其它區(qū)域擴(kuò)散導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)同時(shí)也避免冷熱氣流混合所導(dǎo)致的冷量損失，此外，還能夠避免因冷熱氣流混合而導(dǎo)致的局部濕度過大情況出現(xiàn)。

1.3.3 提高機(jī)房設(shè)備運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性

為IT 設(shè)備運(yùn)行創(chuàng)造較低的溫度環(huán)境能夠有效降低設(shè)備的發(fā)熱，減少設(shè)備老化，從而降低設(shè)備因環(huán)境而導(dǎo)致的故障率產(chǎn)生，保障了用電設(shè)備的安全與穩(wěn)定。

2 項(xiàng)目方案

以南昌廣播電視臺全媒體廣播播控中心機(jī)房為例，介紹項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

2.1 項(xiàng)目簡介

南昌廣播電視臺全媒體廣播播控中心機(jī)房（以下簡稱機(jī)房）位于大樓主樓西側(cè)，占地面積80m2，內(nèi)置20 個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)柜，設(shè)計(jì)了兩套空調(diào)系統(tǒng)，一套系統(tǒng)采用機(jī)房精密空調(diào)，一套系統(tǒng)采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)，互為主備，可并行使用。

2.2 制冷量的計(jì)算

制冷量是空調(diào)選型極為重要的一個(gè)參數(shù)，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮，全面評估。本機(jī)房中依據(jù)數(shù)據(jù)機(jī)房的設(shè)備清單，全面統(tǒng)計(jì)，并考慮到面積、西曬、保溫隔熱、冗余量等因素，最終確定機(jī)房所需的制冷量。

2.3 雙系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)道設(shè)計(jì)

2.3.1 位置擺放。由于機(jī)房的空間屬于長方形空間，空間相對規(guī)整，因此機(jī)柜采用雙排，橫向排列（如圖1）形式，兩排機(jī)柜中預(yù)留1.2m的操作和散熱空間，采用此方式一方面較為美觀整齊，另一方面，機(jī)柜正面朝向監(jiān)控室有利于值機(jī)員對設(shè)備的監(jiān)看工作。另外考慮到設(shè)備的散熱口位置一致，所以使用了機(jī)柜尾部對尾部放置的方式。精密空調(diào)系統(tǒng)利用了大樓原有的精密空調(diào)的水冷管路，在位置上處于機(jī)房的中軸線，并與機(jī)柜保持一定的檢修距離。多聯(lián)機(jī)空調(diào)內(nèi)機(jī)也位于中軸線上方采用吊裝形式。

圖1 平面分布圖

2.3.2 設(shè)備選型。考慮到空調(diào)的互為主備，因此每一套空調(diào)系統(tǒng)，都需具備獨(dú)立運(yùn)行并滿足最大制冷需求的能力。其中，由于機(jī)房建設(shè)時(shí)預(yù)留了45cm的機(jī)房架空層，因此精密空調(diào)采用的是下出上回的風(fēng)道循環(huán)方式即空調(diào)的底部出風(fēng)，頂部回風(fēng)。多聯(lián)機(jī)空調(diào)由于吊裝形式，所以采取了上出上回的風(fēng)道循環(huán)方式。

2.3.3 風(fēng)道設(shè)計(jì)。精密空調(diào)：精密空調(diào)因采用下出風(fēng)方式，通過對防靜電地板下部區(qū)域形成正向壓強(qiáng)，從而使冷氣從地板的穿孔處均勻擴(kuò)散。因此穿孔防靜電地板需分別放置在兩排機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)口前方60cm以內(nèi)的區(qū)域，冷氣流從機(jī)柜正面進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)部，并將熱量順利的從設(shè)備內(nèi)部帶走，形成的熱氣流匯聚到機(jī)柜的尾部也就是機(jī)房的中軸線處，并由處于相同軸線的精密空調(diào)主機(jī)從頂部的回風(fēng)口吸入進(jìn)行下一次的氣流循環(huán)當(dāng)中。這種風(fēng)道設(shè)計(jì)運(yùn)用較為普遍，也是較為科學(xué)的精密空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)方案。多聯(lián)機(jī)空調(diào)：為避免雙系統(tǒng)并行時(shí)造成的氣流混亂，保持風(fēng)道的相對統(tǒng)一，所以多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在氣流循環(huán)時(shí)可以與精密空調(diào)保持一致。因此，將室內(nèi)機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)在了機(jī)房中軸線頂部位置，一來回風(fēng)口均為頂部回風(fēng)，并且處于同一軸線上，熱氣流在方向上可以保持一致；二來由于室內(nèi)機(jī)與冷媒和排水管相連接存在漏水等安全隱患，機(jī)房中軸線為機(jī)柜的空擋區(qū)域有效規(guī)避了這一風(fēng)險(xiǎn)；最后，室內(nèi)機(jī)下方有較大地面空間也方便日后的維護(hù)和檢修。對于多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)口的設(shè)計(jì)而言，由于是吊裝形式，所以只能考慮下出風(fēng)的方式設(shè)計(jì)，按照之前設(shè)計(jì)原則，我們使用了多點(diǎn)均勻出風(fēng)的方式，將冷氣流通過管道均勻分布至兩排機(jī)柜的頂部前方60cm處，冷氣流通過機(jī)柜前方進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)部并帶走熱量從機(jī)柜尾部排出，從而實(shí)現(xiàn)了高效的氣流循環(huán)。在多聯(lián)機(jī)單一系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于冷空氣密度大受重力影響形成下行的趨勢，所以該系統(tǒng)較精密空調(diào)對于機(jī)柜內(nèi)不同高度的設(shè)備而言進(jìn)風(fēng)口溫差更小。對于雙系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的情況，兩個(gè)系統(tǒng)出風(fēng)口風(fēng)向并不一致，但是從水平角度來看，出風(fēng)位置均處于機(jī)柜的正前方，因此，冷氣流都能有效的被設(shè)備吸入，熱量從尾部排出后沿同一方向進(jìn)入各自的回風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)中。因此，兩套空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)能夠同時(shí)運(yùn)行，且起到相互備份的作用。

圖2 雙系統(tǒng)并行時(shí)氣流循環(huán)圖

2.4 空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)還應(yīng)考量的因素

2.4.1 機(jī)房的密閉性：良好的密閉性能夠避免外部氣流進(jìn)入機(jī)房，使機(jī)房內(nèi)的風(fēng)道形成內(nèi)部穩(wěn)定循環(huán)，同時(shí)精密空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)也能形成穩(wěn)定的風(fēng)壓，保證地面各出風(fēng)口冷氣流分布平均。此外，良好的密閉性也可以大大增加機(jī)房濕度的控制，為設(shè)備運(yùn)行提供良好的環(huán)境。在機(jī)房建設(shè)完成后，應(yīng)對在施工中開鑿的洞口或是橋架等縫隙進(jìn)行完善的封堵，使機(jī)房形成密閉空間。

2.4.2 機(jī)房的保溫隔熱性：良好的保溫隔熱性能夠有效的降低能耗，同時(shí)也能夠避免因溫差過大導(dǎo)致樓板或墻面結(jié)露的情況。地面保溫隔熱材料應(yīng)選用厚度在1cm以上的橡塑保溫材料，將機(jī)房架空層的底面及邊沿滿鋪覆蓋，并用膠水固定。墻面以及頂面的保溫，項(xiàng)目中我們選用了10cm厚的巖棉對四周以及頂面進(jìn)行填充，既起到了良好的保溫隔熱作用，還有改善了機(jī)房的聲學(xué)環(huán)境，減少了內(nèi)部低頻噪音。

2.4.3 機(jī)房的隔音性：精密空調(diào)運(yùn)行過程中，由于巨大風(fēng)機(jī)的工作，會產(chǎn)生較大的震動與噪音。這些震動和噪音既會影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，也會引起工作人員的不適。為此，在本項(xiàng)目中，我們一方面在機(jī)柜和精密空調(diào)的各受力點(diǎn)添加橡膠減震塊，把震動傳導(dǎo)降到最低，從源頭減少噪音；另一方面是采用了較高密度的巖棉填充方式，對噪音和震動的向外傳播進(jìn)行阻隔，同時(shí)對于機(jī)房的觀察窗按照專業(yè)聲學(xué)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，有效的隔絕了噪音的擴(kuò)散。

2.4.4 空調(diào)管路的安全性：本項(xiàng)目中精密空調(diào)管路延用了大樓原有的水冷系統(tǒng)，因此在精密空調(diào)室內(nèi)機(jī)中，有進(jìn)水管、出水管以及排水管通過架空層空間與其聯(lián)通。機(jī)房內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，在確定了各機(jī)柜擺放位置后，這些管路應(yīng)盡量遠(yuǎn)離設(shè)備機(jī)柜，以減少安全隱患。本項(xiàng)目的多聯(lián)機(jī)空調(diào)中，在空調(diào)室內(nèi)機(jī)確定安裝位置后，所有的冷媒管路、排水管路也應(yīng)避開各機(jī)柜的頂部經(jīng)過，以提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)的安全性。

3 項(xiàng)目實(shí)施效果及思考

3.1 項(xiàng)目實(shí)際效果

該項(xiàng)目機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)于2018 年底建設(shè)完成，至今已運(yùn)行了近兩年的時(shí)間，這期間雙系統(tǒng)并行方式給數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的外部環(huán)境，合理的雙系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)，數(shù)次避免了單系統(tǒng)突發(fā)性故障所帶來的安全問題，有效的保障了機(jī)房的設(shè)備安全。

3.2 項(xiàng)目實(shí)測數(shù)據(jù)

經(jīng)實(shí)測，系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)總體符合預(yù)期。夏季單系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，功率約為最大功率的40%～60%，雙系統(tǒng)同時(shí)工作的總功率相較于單系統(tǒng)工作時(shí)，能耗有約8%左右的上升。在單系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各出風(fēng)口區(qū)域最大溫差不超過1.4℃。在雙系統(tǒng)并行時(shí)，出風(fēng)口的最大溫差不超過2.3℃。

3.3 項(xiàng)目的思考

該項(xiàng)目由于采用了不同類型的空調(diào)設(shè)備，在雙系統(tǒng)并行時(shí)，二者的出風(fēng)口的溫度會存在一定的差異，例如：將二者的環(huán)境溫度都設(shè)置為20℃的情況下，精密空調(diào)出風(fēng)口的溫度會略高于多聯(lián)機(jī)空調(diào)的出風(fēng)口溫度1.8℃左右，這與風(fēng)道的路徑、長短和風(fēng)速都有所關(guān)聯(lián)，在實(shí)際使用中，應(yīng)考量多種因素盡量使該溫差減小。系統(tǒng)中二者可以優(yōu)勢互補(bǔ)：多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)吊頂安裝，不占用地面空間、運(yùn)行起來噪音低，但是其不具備恒濕功能，對于南方潮濕的春夏季，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)作很難控制好機(jī)房的濕度。而具備恒溫恒濕功能的精密空調(diào)就做了較好的補(bǔ)充。

4 結(jié)論

總的來說，機(jī)房雙空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道的設(shè)計(jì)很大程度上為數(shù)據(jù)中心設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了更為可靠的保障，為機(jī)房的節(jié)能減排提供了良好的思路和手段，如何將風(fēng)道設(shè)計(jì)的更為高效以便為機(jī)房運(yùn)行提供服務(wù)，如何更為節(jié)能和科學(xué)的保障設(shè)備的運(yùn)行是未來數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)和應(yīng)用中需要不斷實(shí)踐和探索的方向。