浅析背板空调在数据中心机房中的应用

雷树涛

【摘要】 随着科技信息技术水平的不断提高，信息数据业务得到了迅速的发展，不仅数据中心密度日益提高，而且，机房中集成度高、能耗大的数据单架设备也增加迅速，这导致数据中心机房的冷却与节能问题受到了极大的挑战。本文主要分析了背板空调的分类及其节能效果，并探讨了在数据中心机房应用背板空调应注意的问题，以期为数据中心机房建设提供参考。

【关键词】 背板空调 数据中心 中心机房

一、背板空调分类

背板空调由安装在机架背面的冷却盘管、提供冷源的制冷机组和冷却水系统组成。根据使用的载冷剂不同，可以分为水冷背板与热管背板（氟利昂为载冷剂）。水冷背板因为采用了水作为载冷剂，而水资源相对比较丰富，所以投资更省；水冷背板比热管背板减少了一次换热，效率也更高。但因为冷冻水进入了机房内，机房的风险变高。若采用水冷背板，进入数据中心机房内所有的水管必须采用焊接，以降低水患的风险。

热管背板因为采用氟利昂作为载冷剂，所以投资偏高，又多了一次换热，系统效率略低。当然由于水不进机房，机房的安全性更高。

二、背板空调的优点

2.1 冷水机组可采用高温水运行，系统更节能

传统的冷冻水空调系统中空调的供、回水温度为7 - 12℃，末端空调的送风温度约为 15 - 16 ℃，回风温度约为 25- 26 ℃；末端空调的显热比仅为 85%左右，而数据中心的冷负荷，基本都是显热负荷，这导致整个空调系统的运行效率偏低，提高冷冻水供、回水温度已成为业界的共识。背板空调因为更贴近热源，服务器排风口的温度更高（以进风 25℃为例，服务器排风可达 35 ℃），这为大幅提高冷冻水供、回水温度提供了条件。冷冻水供、回水温度每提高 1℃，冷水机组的 COP值可以提高 3%左右。冷冻水供、回水温度的提高，可以大幅增加冷却塔供冷的使用时间。

2.2 增加了机房的利用率

背板空调因为不需要设置空调机房，因此，可以将机房的利用率提高 20%以上。

2.3 避免了局部热点

目前，很多数据中心机房因为主设备负荷不均匀、末端空调布置不合理、送回风气流组织不畅等原因，经常会出现局部的热点，影响机房的使用。背板空调因为安装在每个机架的背面，一对一冷却服务器机架能够有效地解决局部机架过热的问题。

2.4 解决高密度

目前，数据中心机房的平面规划受到末端空调的冷量、风量的限制，以及送风距离的限制，单机架的功耗只能很小，对于高密度机架无能为力。但背板空调采用高效的换热器，而且针对每个机架进行供冷，冷却能力大幅提高。目前，单背板空调的制冷量达 20 - 30 kW。

三、背板空调为 IDC 机房带来的改变

1、机房布局的改变。现在规划数据中心机房时，为了更好的冷却效果，机架采用“面对面、背对背”摆放，形成冷、热通道。未来数据中心机房采用背板空调时，所有的通道都变成了冷通道；机架不再需要采用“面对面、背对背”摆放，可采用顺序摆放。同时，由于背板空调突破了传统空调对于送风距离的限制，数据中心机房的布置可以更灵活。

2、新风的利用。传统的数据中心如果采用全新风运行，需要大量引入新风。鉴于目前国内的环境较差，过滤等级较高，需要投入较大的新风建设和维护费用。当采用背板空调的时候，机架可以顺序摆放，引入新风量只要满足第一列机架散热需求即可，为更好地利用新风提供条件。根据TIA942-2（c）-2010、ASHRAE 标准（2008 版）的规定，机架进风温度为 18 - 27℃。引入的室外新风，顺序通过每列机架，大幅降低了新风的引入量和新风处理的成本。

四、背板空调在数据中心机房中应用时需注意的问题

1、湿度控制问题。背板空调不具有加湿功能，某些厂家的背板空调采用高温水运行不具有除湿的能力，这就需要在机房配置相应的设备来进行数据机房的湿度控制。

2、备份问题。传统的末端空调按 N+X 来配置，对于背板空调，如何进行冗余配置，很重要。背板空调安装在每个机架的背板，复用度较差；冗余量过大，会增加投资；冗余过小，则可能在一个系统故障时，出现局部过热问題。

3、机房的美观。采用背板空调的机房，因为所有的水管或冷媒管都要接到每个机架，管线比较多，怎样使得管线更整齐、美观，是今后背板空调使用必须要考虑的问题。

五、结语

与常规机房所使用的风冷空调相比，背板空调的换热设备更贴近热源，为提高冷冻水的供回水温度、进而提高空调的 COP 值提供了更大的可能性，同时，由于不需要设置空调机房，机房的利用率得到了很大的提升。此外，背板空调在实现高密度机房和避免机房局部热点问题等方面也具有明显的优势。

参 考 文 献

[1]王铁楠. 数据中心节能方案分析[J]. 智能建筑与城市信息，2012，03：15-20.

[2]刘书浩，张海涛，黄良赵，陈文婷，李敏华，黄浩亮，陈华，谢春辉，王鹏. 数据中心热管背板空调应用实测研究——机房空气流场分析[J]. 制冷与空调，2015，02：51-56.