数据中心机房空调设计

马天顺

【摘要】本文对数据中心机房空调负荷特点进行分析，进而提出合理的空调系统设计以及冷热源配置。

【关键词】数据中心机房空调负荷特点；空调系统设计；冷源配置

Data center room air conditioning design

Ma Tian-shun

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】This paper analyzes the characteristics of air conditioning load in the data center room， and then puts forward the reasonable air conditioning system design and cold and heat source configuration.

【Key words】Data center room air conditioning load characteristics；Air conditioning system design；Cold source configuration

1. 前言：

近年来，许多重要的工作都离不开信息处理，所以在民用建筑中，越来越多的新建工程里，都配备数据中心机房，面积在几百平米到几千平米不等。针对在民用建筑中出现的此类机房，它的空调系统与民用建筑有所不同。本文将对数据中心机房的空调设计，从以下五个方面进行分析：数据中心的分类，数据中心的环境要求，空调负荷特点，空调系统设计，冷源配置。

2. 数据中心的分类

按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，甚至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。从机房可用性角度将电子信息机房定义为A、B、C三类，其中A类要求最高。

3. 数据中心的环境要求

（1）机房温度要求。

在正常工作的服务器中，一般CPU的温度最高，当电子芯片的温度过高时，非常容易出现电子漂移现象，服务器就可能出现宕机甚至烧毁。数据中心温度是确保服务器等IT设备正常稳定运行的先决条件，温度对设备的电子元器件、绝缘材料以及存储介质都有较大的影响。电子信息设备运行时会产生极大的显热量，当电子信息设备较长时间处于高温或较大温度变化梯度的环境中时，可能因温度过高而出现宕机现象，温度长期过高，可使数据处理设备工作环境恶化，将缩短电子信息设备的使用寿命，也使电子信息设备的可靠性降低。 因此机房环境温度与设备运行的可靠性之间有必然联系。 《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）中对相应机房的设计温度也做了规定。对于数据中心来讲，均应按A级与B级要求控制主机房温度，其主机房设计温度为23±l℃，C级机房的温度控制范围是18-28℃，机房不工作时，其温度应控制在5-35℃。辅助机房的控制范围为18-28℃。另外对于不间断电源（UPS）和电池室要求温度控制在15-25℃。

（2）环境温度变化率要求。

电子信息设备制造商提出了电子信息设备允许环境温度变化率的要求，以 避免环境温度的突然变化对电子信息设备造成冲击。国标推荐的温度变化率为小于5℃/h。ASHRAE推荐最大环境温度变化速率为5℃/h。磁带和存储设备对温度变化速率要求更高，相关厂家一般要求其环境温度变化速率小于2℃/h，濕度变化速率小于5%/h。电子信息设备不工作时可以允许其环境温度在一个较大范围内变化，但需要开启数据中心机房空调系统，以维持最低的运行工况，避免电子信息设备受到热冲击。

（3）相对湿度要求。

《电子信息系统机房设计规范》中推荐机房的湿度为：A级与B级机房要求控制主机房湿度40%～55%，其辅助机房的湿度的控制范围为35%～75%。

（4）空气过滤要求。

《电子信息系统机房设计规范》中要求A级和B级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5μm 的尘粒数应少于18000粒。主机房内空调系统用循环机组宜设初或中效过滤器。新风系统应设初、中效空气过滤器，宜设亚高效过滤器。

（5）新风要求。

《电子信息系统机房设计规范》中空调系统的新风量应取下列二项中的最大值：维持室内正压所需风量；按工作人员计算，每人40m3/h。对于无人机房新风可取自走廊、楼梯间等室内空间。

4. 数据中心机房空调负荷的特点

机房主要负荷来自于设备散热。根据《电子计算机机房设计规范》（GB 50174-2008），室内计算参数如下：

设计中遇到的机房一般为A级或B级，且考虑设备为开机状态。

机房内空调最显著的特点：

（1）设备散热量大，散湿量小（主要散湿量来自于工作人员）。室内负荷特点：为常年稳定的冷负荷，空气处理过程接近于等湿冷却的干式降温过程。

（2）空调送风焓差小、风量大。换气次数：电子计算机房为20～70次/h，程控交换机房为30～60次/h。

（3）为保证正压要求，一般要求设新风系统和相应的排风系统。

（4）数据机房全年不间断运行，要求数据系统具备高可靠性，因此也要求机房内空调系统具备相当高的可靠性。

（5）温度控制的精度要求高并且稳定。数据机房不仅要求温度的波动幅度不能超过规定的范围，也对温度变化的幅度也有明确的要求，一般小于5℃/h。

（6）由于要求在冷量一定的情况下，通过大风量的循环使机房内运行设备发出的热量能够迅速得到消除，并且通过高送风压力使冷风能够送到较远的设备处，并且还要使机房内部的加除湿过程缩短，湿度分布均匀，所以要求：空调机房有合理的气流组织。

5. 数据中心机房的空调设计

5.1机房专用的空调及气流组织。

目前，数据中心机房一般都用专用空调机，来实現对机房内设备的降温处理。机房空调机类型不一，此处不再一一赘述，以下主要就气流组织进行分析。按《电子计算机机房设计规范》（GB 50174-2008）：

其中下送上回方式，在大中型机房内比较常用。其优点：

（1）空调送风气流流程与机柜冷风吸热后的气流流型一致，从而避免了冷热气流的混合，影响工作区的环境温度。

（2）机柜冷却效果好，可以用较少的风量达到机柜冷却的目的。

（3）进入室内工作区和机柜内的气流洁净度好。

（4）活动地板送风口可以采用带有调节阀门的风口，或者采用旋流风口，可加大气流速度的衰减，从而减少对人员的吹冷风感觉。

5.2新风系统。

（1）为了保证室内正压，需要设计新风系统和相应的排风系统。对于新风系统，一般将其处理到大于室内露点温度即可，这样可以负担一部分室内冷负荷。对于新风，其负荷是不稳定的，主要在于室外干球温度与室内露点温度的关系。室外干球温度高于室内露点温度时，新风负荷为冷负荷，可由机房制冷系统负担，反之为热负荷，考虑到大楼供暖系统只是在冬季的白天运行，所以新风热负荷由电加热解决。

（2）对于新风加湿，一般采用可靠的电加湿。此部分电量也比较客观，作为暖通专业，应进行计算并及时将电量提给电气专业。

6. 冷源配置

机房空调冷凝方式有风冷、水冷、乙二醇溶液冷却等。

6.1风冷，即机房专用空调机，其配套室外机，可在室外气温降至-15℃时仍能可靠运行，空调系统管路内走冷媒。

6.2水冷，有风冷冷水机组和水冷冷水机组，空调系统管路内走冷冻水。

（1）对于风冷冷水机组，需要选择自然冷却型风冷机组，确保室外温度较低时能正常运行，且比较节能。

（2）对于水冷冷机组，当室外湿球温度低于某值时，可利用冷却塔提供免费冷。需要注意的是，免费冷运行工况，冷却塔制冷能力有所降低，需要厂家按冬季工况进行选型计算。免费冷系统，冬季换热器两侧运行水温，总结以往的设计经验，在此给出一个比较合理的数值供参考：冷却水侧温度一般为9/12℃，冷冻水侧温度一般为15/10℃。

6.3乙二醇溶液冷却，同水冷冷却原理，只是空调系统管道里走乙二醇溶液，其优点是冬季防冻。

7. 结语：

针对机房的空调设计：

（1）室内需先确定合理的气流组织，进而选择室内机型号。根据新风量确定新风机组，并设计相应的排风系统。

（2）冷源的配置比较复杂，无论是哪种冷源，都要保证其常年稳定可靠，并尽可能做到节约能源，在进行论证分析后尽快确定其室外机台数，位置，重量等，与其他各专业进行紧密配合。

参考文献

[1]廖了. 大型计算机机房空调设计模拟研究 [D]. 重庆大学，2013.

[2]吴涛. 数据中心机房“工位空调”的气流组织与节能研究 [D]. 华北电力大学，2012.

[3]谢富熹. 数据中心机房的节能设计 [J]. 科技传播，2011，01：182+179.

[4]全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教程 第三版.