数据中心空调设计问题解析

【摘要】 数据中心空调设计一直以来是人们关注的一个热点话题。本文主要讨论了数据中心环境下，空调设计和建造的问题和方案。主要针对空调建造和应用系统的能耗问题展开研究，并基于空调设备选择、环境部署优化等方面提出了解决措施，为实际数据中心的空调设计和改造提供行之有效的节能方案。

【关键词】 数据中心 空调系统 节能

随着公司企业对数据处理业务的需求与日俱增，企业应用级数据中心应用广泛。由于高显热负荷密度、显热比以及高能耗的特点，数据中心的空调系统对散热有较高的要求。因此优化数据中心空调系统具有重要意义。本文的初衷在于确保空调系统能稳定运作的同时，降低设备的能源消耗，实现数据中心环境下空调系统的最优化能源方案。

一、数据中心空调系统现状

数据中心的环境设计要考虑诸多因素。IT设备大多运行在高能耗的条件下，此外室温、湿度以及和空气流通等环境因素都对设备的稳定运行和使用周期有着较大的影响。

数据中心机房设备的空调系统设计要优先考虑下列特征：设备的稳定可靠性。水冷或者风冷设备能长期稳定运行，提供机房设备适宜的温湿度环境；功能灵活性。空调系统在建造时，应考虑整个机房空间的合理布局；节能环保性。空调系统能运行在较低的能耗状态，实现高效低能耗的节能环境调控方式。

由于数据中心机房典型的发热功率大而散热去湿能力弱的工作特征，并且处理大量数据量的机房设备对周围环境的变化十分敏感。因此，有必要提出合理的节能优化改造方案，安全稳定的前提下最大限度降低能耗，制定恒温调节设备以及制冷通风散热系统的最佳节能方案。

二、现阶段的空调系统设计主要面临下述问题

2.1不合理的机房设备配置

不合理的机房设备配置，是现阶段的空调系统设计的一个主要问题。数据中心部分机房内部安装和设计空调时，对整体的布局规划欠缺统一的考虑，缺乏对硬件设备工作温湿度的认知，严重浪费大量的能源。这些空间布局的不合理，将直接或间接的导致室内热量的损失，降低空调的实际使用性能。由于数据中心的机房配置方面不合理，使得部分空调设备的恒温和去湿功能相互间难以协调配合，譬如在空调系统冷风散热时，常常因为空气中水分子冷凝带来了除湿的问题，这就进一步影响了机房环境湿度，导致空调系统既要通过送冷风实现降温去湿，还有同时保持环境温度而加湿，矛盾的工作状态加重了整个系统的能源开销。

2.2数据中心机房气流组织

数据中心机房气流组织，目前的相关设计还不够科学、合理。数据中心机房空调系统的搭建要考虑到IT设备对散热性能的要求，合理布局室内空间，方便气体流通散发热量。在一些机房的气流组织上，存在下述问题：由于机房天花板高度设计不当，在机柜设备的上方存在热空气短路现象；此外，由于在数据中心地板下部署的水冷装置不利于空气流通，造成热量阻塞，部分机房由于空间高度有限，不能建造高位置的排风通道，空调设备排风散热效率远远低于预期效果。这些空调设计的问题，如果不能得到科学、有效的解决，将会对空调系统的整体性能造成严重的影响。

2.3机柜设备布局

数据中心的空调系统设计中，对于机柜设备布局方面的设计还存在一些问题，不够科学、合理。由于部分机柜的面板是左右流通式，会形成热通道到冷通道的连接，造成不利影响；机架之间距离紧凑并且采用了前后顺序排列的位置布局，那么就会使得设备之间相互吸收排放的热量，形成冷热空气短路，降低散热排风能效；此外由于数据中心机房内设备、缆线多，造成整个机房内部空气不流通。

另一方面，搭建数据中心的空调系统与其他环境相同，都需要考虑容量大小的问题。保证并维持机房内部的温湿度在一个较小的范围内具有不小的难度。而如果环境的空调容量控制得不得当，也同样会给冷却散热加重负担。过高或者过低的容量都将造成温湿度变化波动范围过大，影响设备的正常运转。

三、数据中心空调系统节能方案

针对上一章节中提出的当前数据中心环境中空调系统设计需要考虑的问题，本节将在遵循能够保证正常的温湿度环境指标的前提下，兼顾设备运行的安全性和稳定性，实现最大化地能耗降低。

3.1优化空調水冷和风冷模式

优化空调水冷和风冷模式，是数据中心空调系统节能设计的一个重要举措。在设计改造方案时，可以合理提高机房内部相对温湿度标准，进而通过高的水冷温度实现制冷效能的提升。可以针对不同的环境条件选择合适的供冷模型。对于小型机房可以使用风冷分离的直接蒸发式空调系统。对于室外温度变化的场景，可以部署集中水冷系统，在低室外温度下，可以实现机房内高温度气流无偿制冷的效果。在高室外温度下，可以通过设备倒换，切用制冷系统。此外，还可以分离温度和湿度调控，进一步实现不增加除湿难度的冷却能效。目前相关的技术主要有机械制冷和蒸发冷却的方法。前者涉及低压缩比的制冷设备，后者的部署收环境因素限制，常常应用在气候干燥的环境条件中。

3.2优化机房气流组织

优化机房气流组织，也是数据中心空调系统节能设计的一个重要方面。需要结合数据中心机房环境的搭建，慎重考虑空调冷却系统的排风方式。有效的排风方式能加速数据中心环境内气体流通、加速散热过程，同时能避免局部过热的现象，平均数据中心的环境温度。

设计上可以选择上送风和下送风两种方式。前者冷风将机房机柜上方的热量携带走，送至室内下部，实现散热制冷的效果；后者的主要方法是合理抬升地板高度至一理想位置，在地板下构造架空区域，空调冷风通过架空层送往机房内部，并最终通过机房顶部空间散发热量，实现循环制冷的效果。回送冷风的方式可以结合数据中心实际施工情况选择开放式或者管道式以及相互间融合的方法。

3.3合理的机架设备布局

合理的机架设备布局，对于节能设计具有重要意义。数据中心内放置着高密度的机房设备，需要优化摆放布局、选择空调系统和设备的合理安装位置。在布局上应该避免传统的所有机柜朝向同一面放置的情形，可以优先考虑邻近的机柜之间相向摆放或者背向摆放的方法。这样的布局中，机架之间的冷热通道能合理分离冷热气体，有效地避免了散发热量被其他设备再次吸收的情况，大大提高了散热效果，进而节省了空调系统制冷散热的能耗。此外，还可以在空调系统的热通道设计上采用物理上的软隔绝方法，进而避免了冷通道和行人通道遭到散热排风的不利影响，保证了散热系统的工作效率。

总之，本文主要面向数据中心空调系统节能设计的问题，分析了现有机房空调系统在布局、气流组织等方面的不合理因素，并结合实际施工改造，提出了设备节能、气流组织优化和自然冷源合理利等方法，改造数据中心空调系统设计方案，以期实现高效节能的制冷散热效果，进而提升经济效益和社会效益。

姓名：高轶北京长城电子工程技术有限公司 ；性别：女；出生年月：1977年09月17日；籍贯：河北；学历：大专；研究方向：数据中心基础建设，数据中心空调节能，职称：工程师，工作单位：北京长城电子工程技术有限公司，收信地址：北京朝阳区红军营南路北卫新园小区8号楼2单元301；邮编：100071；电话：15901369091；

参 考 文 献

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