基于某通信机房暖通设计要点研究

上海邮电设计咨询研究院有限公司 汪慧琳

通信机房包括服务器、交换机、路由器、存储等IT 设备，由于机房设备都是由高精密的电子元器件构成，因而对机房温湿度及洁净度的要求很高。通信机房暖通空调布置应基于机房设备、网络一年四季、24小时不间断运行的特点，空调系统应以现场数据采集、模拟计算，遵守实用、安全、经济合理的原则，满足制冷工艺流程、运行与管理方便提出针对性设计方案，并在设计中对其他设备、线路布置、使用没有不良影响。机房暖通空调机组数量众多，在设计时除了要将温度、相对湿度等指标控制在允许范围内，还应满足除尘与空气净化要求，避免灰尘长期积累而造成精密元器件散热不良、绝缘性下降，从而影响机房设备正常运行。可看出，加强暖通空调设计，合理配置空调系统是通信机房安全、可靠、经济运行的关键。

某汽车工业园需在3、4号楼各新建一间通信机房，项目配置清单由客户自定，主要设备包括部分机房装修、UPS 主机、UPS 电池、相关输入和输出配电柜、服务器机柜×5、网络机柜×4，并为以上设备配置相关环控设备。其中通信机房暖通设计结合空调系统运行原理及通信机房特点，采用恒温恒湿精密空调，以此确保电子计算机系统得到连续、稳定、可靠运行，并排出机房内设备及其它热源所散发的热量，维持机房内恒温恒湿状态，并控制机房的空气含尘量[1]。

1 设计原则及设计参数

由于通信机房热负荷较大，IT 类设备发热严重，高于办公区域单位面积热负荷；机房空调制冷能力强但设备自身不会有湿度变化产生、湿负荷相对较小，故需机房暖通空调对设备发生的热量在单位时间内快速消除；其次，在设计中应注意焓差，空调蒸发温度因相对较高，必须避免降温的同时保证不必要的除湿；为了达到机房温度、湿度均衡，机房空调采取大风量设计，以此对调节机房温度、湿度等指标十分有利，使分布更加合理，解决局部热量聚集的问题；此外在设计中还应注重风量与冷量之比，空调设备采用大风量低焓差为原则，新风设备配置中、高效过滤器以提高过滤空气洁净度，使机房气流组织更加流畅。

针对本项目暖通空调机组设计要求，在设计中根据机房负荷及排布采取合理的单机冷量和备份台数，秉承合理的经济投入目标最大限度提高运行效率，节约运行成本。本项目室内外设计参数如下：室外计算温度（℃）：夏季空气调节34.6、夏季空气调节日平均31.3、冬季空气调节～1.2；湿球温度。夏季室外平均每年不保证50小时28.2℃；室外计算相对湿度。冬季空气调节74%；室外风速（m/s）。夏季3.4、冬季3.3；大气压力（hPa）。夏季1005.7、冬季10 26.4；室内设计参数：通信机房。全年18～27℃，相对湿度≤60%，不得结露；电力电池室。全年18～28℃，相对湿度35%～75%，不得结露。

2 通信机房暖通空调设计要点

2.1 热负荷分析

对通信机房进行热负荷计算分析是确定空调机容量前提，并以此达到温度、湿度、洁净度、送风速度指标要求。该机房热负荷主要来自机房内部和外部产生的热量。机房内部热量主要包括IT 设备发热量、机房辅助设施、机房设备（电热、蒸汽水温及其它发热体，这些发热量显热大、潜热小），如照明发热（显热）、工作人员的发热（显热小、潜热大）、由水分蒸发、凝结产生的热量（潜热）。机房外部产生的热量为包括墙壁、屋顶、隔断和地面传入机房的传导热；阳光从玻璃照射入房的放射热；门窗缝隙侵入因对流而产生的热量。目前通信机房和数据中心机房多为无人值守且对机房基本很少留窗，故人员和照明及窗户传导的热量可忽略不计，通信机房内的热负荷是以显热负荷为主。

空调负荷主要来源有设备负荷（可占总负荷90%以上）、建筑负荷、人员负荷、照明负荷、新风负荷。根据通信机房暖通空调设计相关标准要求，对室内、外参数进行确定后，对建筑围护结构传热负荷、人员发热负荷、灯光发热负荷、新风负荷、通讯设备发热负荷进行计算。以主设备标称功率对其散热量进行计算，通常设备发热量按照450～650W/平方米进行估算，本项目机房设备发热量按所安装主设备发热功耗乘以相关的同时系数、需用系数进行计算。其中中央空调自用数据中心同时系数、需用系数为0.90、0.85，对外数据中心0.90、0.80；机房空调（末端）设备（不含备机）中央空调自用数据中心同时系数、需用系数为0.92、0.90，0.92、0.85。

2.2 送风方式

机房专用空调机送风形式多为上送下回式和上回下送式，下送风冷气会自然下沉、热气向上升腾，会有空气对流形成，对空气流动更为有利，促进热源温度降温。若在单机柜功耗较高的情况下（通常4kW 以上），通过地板风口或机架内风道仅靠机柜内服务器自身风机无法有效带走热量。此时需考虑其他手段，如封闭冷通道、吊顶热通道回风等。本项目由于为小型机房，单机功耗也不高，故综合考虑经济性及备份难度，仍采用传统精密空调。

无人值守机房气流原则为“先冷设备、后冷环境”，制冷尽量靠近设备端，在确保设备不宕机的前提下，基于节能大环境通过提高回风温度来节约空调能耗，故列间空调、背板等都渐趋流行。对于本项目中的小型机房，也可选用列间空调作为备选参考。将列间空调机组放置于机柜列中间，由封闭冷通道送风、热通道自然回风，并在设备列前后根据平均单机功耗保留1.0m 以上的间距。此模式不仅保证气流顺畅，使冷热气流短路问题得到解决，还使送风距离变短、风机能耗降低、机柜温度保持均匀，降低局部热点问题，促进空调系统制冷效率提高。

2.3 气流组织优化

通信机房暖通空调设计须考虑到机房洁净度要求，机房要在密闭墙体围护结构清洁，持续正压，避免脏污侵蚀，为提高机房内空气质量，新风应具有两级净化过滤器，并在空调机中设置中效过滤器。本设计在新风入口处设置了初、中效过滤器，空调系统设备采用定送风量变送风温度方式。本项目的机房内IT 设备与机架布置是采用背对背、面对面摆放的冷热通道方式，从而使两列机柜之间冷通道得以形成，当冷空气至设备后会有热空气形成，使热通道中的热空气送至上方回风口，进而回到空调系统，使整个机房气流更加流动顺畅，并促进精密空调利用率的提升[2～3]。

2.4 空调选型

本项目4F 主机房配置单机制冷量70kW 风冷型机房精密空调，空调机分为室内机和室外机两部分。该型号空调在同等制冷量条件下占地面积最小；大表面积的蒸发器盘管使热交换更快、更有效率，有利于蒸发器表面的空气分配更加均衡，确保节能；同时6秒可产生纯净蒸汽的电极加湿系统湿度控制精确，可适应各种水质，清洗维护方便；并可拆卸后搬运，保证重新组装与整机无差别，适合特殊场地搬运。此外本项目在2F 配线间使用1台5匹商用吸顶式空调。

2.5 空调系统安全设计

本项目为新建机房，故应以设备远期规划为依据，对空调室外机安装区域进行合理预留，对空调维护进行充分考虑。为确保空调系统安全运行，除应进行良好备份、方便扩容、组织气流合理设计、节能降耗外，须将配电安全放在首位。本项目在设计中有效抑制空调系统故障，提供全年不间断供冷，以此避免对通信机房IT 设备运行造成影响。对此采取了空调系统冷源备用方式，制冷主机选型按照N+1冗余，机房设置配备精密空调2台+1台备用，以此在任何一台空调发生故障时可由备用空调持续供冷运行，并可对每台精密空调运行时间进行合理分配。机房末端空调系统采取交叉供电，可使空调故障时对机房断电风险率有效降低。

通信机房应对房内温度、湿度进行严密监测，可设置环境动态监测系统，从而在冷凝水和加湿水有泄露情况发生时、或有结露水产生时有警报响应，方便人员排查处理。本项目机房空调机上下水管设置应靠近机房四周，用砖砌成防水墙并加设地漏；上下水管送至空调机室，其另一端送至同层卫生间内。为对机房内漏水问题进行有效预防，设计了漏水自动检测报警系统，空调及新风配电均与消防联动，如房内存在漏水现象可立刻自发报警并提醒相关人员进行及时处理，火灾时切断电源。

综上，通信机房内部结构存在众多精密电子元器件，须采取有效供配电系统与制冷空调系统等设施设备来支持信息设备运行，设备在日常运转过程中需对电力系统安全、可靠性提供保证，将周边环境与机房内部环境温度敏感度降至最低。现阶段，基于节能环保新理念的提出，需在平衡通信机房复杂环境或更新改造多需求的前提下，对通信机房暖通设计须汇集多方面创新技术，改善与优化气流组织，消除局部热点、节约空调运行能耗。此外，由于通信机房暖通空调机组数量众多，须采取科学、专业的管维措施，实行远程监控，以此达到机组节能运行目标。