數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究

李楠

摘要：本文主要通過對數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化與分析，總結(jié)當(dāng)前機(jī)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(jìn)措施，確保數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的整體效果。數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備數(shù)量眾多，需要高負(fù)荷運(yùn)行，因此會產(chǎn)生大量的熱能。在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中配備空調(diào)系?統(tǒng)，能夠有效降低室內(nèi)溫度，營造安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;機(jī)房空調(diào);系統(tǒng)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方法

一、數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性

數(shù)據(jù)中心機(jī)房是整個(gè)數(shù)據(jù)管理中心，每時(shí)每刻都在處理大量的數(shù)據(jù)信 息，常常處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備運(yùn)行效率過高，能 源資源消耗量大，產(chǎn)生大量熱量。如果沒有做好及時(shí)散熱必然會導(dǎo)致機(jī)房 溫度升高，長此以往會使設(shè)備老化加劇，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。通過空 調(diào)系統(tǒng)可以有效降低機(jī)房內(nèi)部溫度，促進(jìn)空氣循環(huán)，保障機(jī)房設(shè)備的穩(wěn)定 運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要，能夠有效避免高溫老化問題，延長機(jī) 房設(shè)備的整體使用壽命。但是在空調(diào)系統(tǒng)長期運(yùn)行的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)能 耗過大、噪聲過大等問題，因此要加強(qiáng)對機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的全面優(yōu)化與處理，節(jié)約能耗，減少環(huán)境污染，為機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)行提供多重保障。

二、數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原則

（一）合理性原則

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中最重要的就是嚴(yán)格按照機(jī)房的 實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行分析，將內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境緊密結(jié)合，明確數(shù)據(jù)中心機(jī)房 計(jì)算機(jī)房的具體建設(shè)位置和設(shè)備的布局。根據(jù)當(dāng)?shù)厮幍臍夂颦h(huán)境特點(diǎn)進(jìn) 行分析，制定科學(xué)合理的氣流組織優(yōu)化方案，將所有可能潛在的影響因素 進(jìn)行綜合分析與處理，加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)管理的整體控制效果。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房所有設(shè)備必須保證全年不間斷運(yùn)行，如果對數(shù)據(jù)中心機(jī) 房內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，必然會改變內(nèi)部環(huán)境，要盡可能確保數(shù)據(jù) 中心機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行原則下對氣流組織進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化。在選擇優(yōu)化方案時(shí)要 盡量考慮性價(jià)比，保證以最少的成本獲得最大的效果。

（三）可靠性原則

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)信息的處理和控制效率，如果 數(shù)據(jù)中心機(jī)房出現(xiàn)運(yùn)行故障，會造成巨大的損失。在針對數(shù)據(jù)中心機(jī)房空 調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)要盡可能保證數(shù)據(jù)信息安全并得到妥善管理，然后對數(shù) 據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行氣流組織優(yōu)化。

三、數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的主要構(gòu)成

（一）精密空調(diào)

機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)通過功率不同的機(jī)組，共同負(fù)擔(dān)機(jī)房的恒溫恒濕任 務(wù)，空調(diào)機(jī)組的進(jìn)出水溫度可為 10/15℃，機(jī)房環(huán)境要求具體如表 1 所示?？照{(diào)通過 N+2 主備份冗余設(shè)計(jì)，將機(jī)房精密空調(diào)與恒濕機(jī)組成空調(diào)群，與 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心和中控系統(tǒng)平臺共同連接。任何一臺設(shè)備發(fā)生故障后或者 長時(shí)間運(yùn)行后都可以實(shí)現(xiàn)自啟動，確保整個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)部的溫度濕度 保持在相應(yīng)的環(huán)境范圍中，提高了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的效果。

（二）可行性原則

（二）風(fēng)冷冷水機(jī)組

在室外可以就近設(shè)置自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組，尤其是在冬季或者春秋 過渡季節(jié)。通過自然冷卻模式既能夠有效減少能源資源消耗，也能夠?yàn)榭?調(diào)提供穩(wěn)定能源，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。

（三）濕膜加濕器

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房要增加 1～2 臺專用的濕膜加濕機(jī)，每臺加濕量不小于 14kg/h。通過獨(dú)立的濕膜加濕器不僅能夠節(jié)約能耗 90%以上，也能夠?qū)⒓?濕冷卻水送至供水回路，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)再利用。

（四）動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)部溫度濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括 雙路供電自啟動模式，利用柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急備用電源，為整個(gè)空調(diào)系 統(tǒng)的運(yùn)行提供充足的電力保障。監(jiān)控系統(tǒng)還能夠與數(shù)據(jù)中心相互連接，針 對環(huán)境溫度供水溫度管道接入新風(fēng)系統(tǒng)，配電安防消防等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全 面監(jiān)控，提高了對數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)管理的質(zhì)量。

四、數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

（一）對機(jī)房布局進(jìn)行合理優(yōu)化

根據(jù)最新的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，數(shù)據(jù)中心總耗電量的 45%為空調(diào)系統(tǒng)耗電 量，對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗優(yōu)化設(shè)計(jì)刻不容緩。目前在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要盡 可能結(jié)合建筑布局和設(shè)備選型等因素進(jìn)行充分考慮，滿足節(jié)能降耗需求。數(shù)據(jù)機(jī)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(shè)計(jì)中 應(yīng)該在首層設(shè)置各類機(jī)房，有效減少陽光植入，在外墻可以采用實(shí)體保溫 材料建筑規(guī)劃的合理性和規(guī)范性，同時(shí)保證機(jī)房內(nèi)部恒溫恒濕。

（二）機(jī)柜設(shè)備的優(yōu)化

機(jī)房內(nèi)部機(jī)柜的整體布局會直接影響空調(diào)系統(tǒng)的散熱效果，如果在機(jī) 房內(nèi)部機(jī)柜采用背對背或面對面的布局方式。在中間設(shè)置冷通道，當(dāng)機(jī)柜 熱氣傳輸后經(jīng)過機(jī)柜背部的熱通道快速排出，形成冷熱雙通道分離，使整 個(gè)機(jī)房內(nèi)部氣流通道，冷熱能量通道更加通暢，實(shí)現(xiàn)了能源資源循環(huán)提高 了機(jī)柜的散熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（三）冷水機(jī)組設(shè)備提高能效

由于數(shù)據(jù)中心機(jī)房需要全年無休連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)荷沒有明顯變化，需要 保障冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過采用自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組作為冷源，在 秋冬季節(jié)可以實(shí)現(xiàn)自然冷卻的節(jié)能模式，通過將自然冷卻冷源與電制冷方 式相結(jié)合，能夠有效取代一部分電能消耗在冬季，室外溫度會遠(yuǎn)低于回水 溫度可以依靠冷水機(jī)組自然冷卻來獲得足夠的低溫冷卻水，當(dāng)采用風(fēng)冷冷 水機(jī)組時(shí)出現(xiàn)自然冷卻的模塊，完全實(shí)現(xiàn)免費(fèi)功能，不需要啟動壓縮機(jī)。

五、優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織方式

（一）改造通信設(shè)備

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)行維護(hù)中通信系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的能源能量，使得室內(nèi) 溫度上升，為了確保通信系統(tǒng)穩(wěn)定在恒溫恒濕的環(huán)境下正常工作，必須對整 個(gè)數(shù)據(jù)中心氣流組織進(jìn)行有效分析。首先，要結(jié)合不同類型的通信設(shè)備所產(chǎn) 生的熱量進(jìn)行全面判斷，通過科學(xué)合理化改造來保障整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

如果部分通信設(shè)備散熱開口過小，造成內(nèi)部散熱質(zhì)量差，可以適當(dāng)增加通信?設(shè)備，散熱面板的孔數(shù)提高散熱效率，也能夠增加通風(fēng)量使得設(shè)備內(nèi)部溫度?降低。其次，要根據(jù)不同的設(shè)備環(huán)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(shè)備要靠近空調(diào)，而對于散熱較小的設(shè)備可以適當(dāng)遠(yuǎn)離空調(diào)。

（二）改善空調(diào)的布置形式

空調(diào)出風(fēng)口的位置會直接影響空調(diào)的送風(fēng)量以及送風(fēng)距離，也會對整 個(gè)機(jī)房的氣流組織造成嚴(yán)重干擾，所以對空調(diào)的布置形式改造十分關(guān)鍵。為了進(jìn)一步降低空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的能源資源消耗，減少電費(fèi)成本，需要對空 調(diào)布局進(jìn)行合理布局，例如將空調(diào)出風(fēng)口設(shè)置為最大輻射面積，出入風(fēng)口 的距離要按照空調(diào)遠(yuǎn)程送風(fēng)能力進(jìn)行合理優(yōu)化與判斷，保證空調(diào)送風(fēng)方向 一致，避免出現(xiàn)冷熱空氣相混淆的問題，具體如圖 2 所示：

（三）冷通道封閉優(yōu)化

通過對冷通道內(nèi)部的氣流組織進(jìn)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(nèi)部的冷氣進(jìn)行封閉處理，迫使冷氣流強(qiáng)行?通過散熱設(shè)備，有助于縮短冷氣流與設(shè)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(jié)束語：

數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)行中離不開空調(diào)系統(tǒng)，為了降低空調(diào)系統(tǒng)的能源資源 消耗提供冷卻效率保證空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，維持?jǐn)?shù)據(jù)中心機(jī)房恒溫恒濕，必須要加強(qiáng)對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，通過合理規(guī)劃機(jī)房布局，優(yōu)化機(jī)柜 設(shè)備形式提高空調(diào)設(shè)備能效比。同時(shí)對空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織方式進(jìn)行妥善 優(yōu)化，能夠因地制宜，增強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)的冷卻性能，減少資源的浪費(fèi)，提高 系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性。

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