老旧机房楼空调系统风冷改水冷方案研究

丁 强

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，山东 济南 250001）

0 引 言

老旧机房楼的空调系统以传统风冷空调为主，随着设备集成度的发展，单机柜功耗的逐渐增大，机房散热量越来越大，对于一些集成度高的数据机房，传统风冷空调系统逐渐出现空间气流组织不畅、局部过热、机房空调系统耗能过大等问题。本文在分析老旧机房楼传统风冷空调系统存在问题的基础上，对进行水冷空调系统改造的方案进行了分析研究。

1 老旧机房楼风冷空调系统现状分析

早些年建设的机房楼基本以风冷空调系统为主，随着机房内设备装机量越来越大，设备的单机柜功耗越来越高，机房逐渐出现了机房内气流组织不畅、局部过热等现象；为了解决局部过热问题，又简单的不断增加空调，随之而来的是室外机安装越来越紧凑、散热不畅、高温告警、噪音扰民，此外还直接导致空调用电量越来越大[1]。以某座已投产10多年的机房楼为例，单层建筑面积1 500 m2，共3层；1层为高低压配电室，2、3层为电力电池室及主设备机房。机房内主设备区域铺设300 mm高防静电地板，机房内安装机房精密空调，采用下送风方式；电源机房采用上送风方式。目前2、3层机房共配置了27台风冷精密空调，运行中空调全部开启，配置的空调总制冷量约为1 880 kW，而机房总负载约为420 kW，机房现有空调总制冷量远大于实际负载需求。分析原因，主要有：

（1）主设备机房宽度为29 m左右，两侧均放置空调，一般地板下送风精密空调有效送风距离在10 m以内，导致机房中间位置冷风送不过去，部分机房中间位置已出现高温告警[2]。

（2）机房内防静电地板高300 mm，很大程度上也影响了机房整体的送风距离以及制冷效果。

（3）机房内未大范围铺设带孔通风地板，是通过设备下方不铺设地板进而实现送风。此种送风方式对于部分采用下进风、上出风或者后出风的传输设备制冷效果较好，但对于目前采用前进风、后出风的大部分核心网、数据网设备，制冷效果较差，未能实现对机柜内部上方设备的有效送风。

（4）机房楼南侧及西侧均为居民楼，室外机的常年高负荷运转已对周边居民楼产生噪音污染并遭到投诉。为了解决噪音问题，已把空调室外机全部挪至机房北侧室外机平台，并占用了4层机房北室外机平台的安装位置。

（5）空调设备老化，制冷能力下降，而且室外冷凝器散热集中，容易出现高压报警。

2 水冷空调系统改造方案

目前，针对风冷空调系统存在的问题，有氟泵空调、增加封闭通道、精确送风、增加空调群控系统以及水冷空调系统改造等多种节能改造方案。综合比较而言，如果机房楼具备土建改造条件的话，应选择水冷空调系统改造，以便可以最大限度地解决风冷空调系统存在的各种问题[3]。

2.1 室外冷源方案

风冷冷水机组作为一种十分成熟的技术，相对于传统的风冷式传统机房精密空调，室外冷源更加集中，制冷效果更好、更加节能、能源利用率（Power Usage Effective，PUE）值更高。相对于在数据中心已广泛应用的大容量水冷冷水机组，风冷冷水机组+自然冷源模块具有以下优势，更适合老旧机房楼原有风冷空调系统的改造。

（1）不需要占用专门的机房，并且无需安装冷却塔及泵房，维修简单，运行方便，无需专业人员维护。

（2）无冷却塔冷却水系统，无冷却水系统动力消耗，无冷却水损耗。

（3）风冷冷水机组集中制冷，制冷效率最高，运行费用最低。

（4）不需要室内机、室外机的连接铜管。

（5）不存在室内机、室外机距离限制。

（6）可以用几组冷水机组做N+1不备份工作方式，占地面积相对小。

2.2 机房空调末端方案

根据国家对数据中心的节能要求，结合空调节能的发展形势，空调末端有以下3种方案可选：

（1）冷冻水型机房专用空调

采用活动地板下送风、上回风的气流组织形式，机房内机柜按照冷热通道分隔的方式布置，并对高功耗机房封闭冷通道。

（2）冷冻水型列间空调

气流组织为前出风，水平吹向两侧空调，从空调后部回风。空调风机采用EC风机，且气体输送距离短，风机功率小。机房采用封闭冷通道措施，优化气流组织，减少混风损失。列间空调通过管道及冷量的备份保证室内空调系统的可靠性，在两列通信机柜组成的制冷单元内列间空调台数达到N+1冗余备份[4]。

采用列间空调的机房，IT设备需要面对面、背靠背方式排列，机架通风采用前进、后出的通风方式，冷通道需要封闭，冷通道封闭需要同机架安装同时进行。

（3）热管末端

利用工质相变（气/液态转变）实现热量快速传递的一种末端形式，通过换式换热器、铜管、热管背板，直接吸收机架中IT设备发出的热量，实现冷量按需分配，避免局部热点。 新型空调末端与冷冻水型机房专用空调的比较如表1所示。

表1 新型空调末端与冷冻水型机房专用空调的比较表

考虑到本机房楼1、2、3层机房已投入使用，均采用传统风冷式机房精密空调的制冷方式，未在机房内预留排水系统，故本工程推荐热管形式的空调末端，采用水不进机房的方案。主设备机房可采用热管列间、热管背板、热管顶置式等空调末端形式；电力电池室可以采用热管机房精密空调的方案[5]。

2.3 楼顶设备降噪处理

隔声降噪措施主要是针对设备底部压缩机等部位进行隔声降噪处理，将设备运行时产生的噪声隔离在隔声罩内部，使其减少向外部传播。消声降噪措施主要是针对设备顶部排风口及设备进风口部位进行消声降噪处理，减少其产生的噪声对居民居住环境造成的影响。

风冷冷水机组设备整体安装半封闭式隔声罩，将设备运行时自身产生的噪声与外界隔离，防止声泄露，降低声级，排除设备运行时产生的噪声对周围环境的影响。

为保证设备能够正常运行，有足够的排风量和进风量，同时又不造成噪声泄漏，在隔声罩顶部、设备上方安装排风消声器，有效消声长度为1 500 mm，消声片安装比例为1:1.5。

隔声罩顶部，排风消声器之间加装上进风消声器，有效消声长度为1 000 mm，消声片安装比例为1:1.5，隔声罩的东侧不做隔声封闭，作为进风口，保证设备有足够的进风量。

隔声罩由块状的隔声板组装而成，隔声板的厚度为100 mm。

进、排风消声器均为片式阻性消声器，消声器的通风量根据设备所需风量设计，既保证消音量又保证设备的通风需求。

隔声罩钢结构底部不与屋面生根避免破坏防水，钢结构与设备下方现有钢构底座连接固定，保证其牢固性。

楼顶冷水机组降噪处理方案如图1所示。

图1 楼顶冷水机组降噪处理方案

3 结 论

空调系统是机房楼安全、稳定运行的关键因素，也是机房楼绿色节能的关键所在。针对老旧机房楼空调系统的节能改造，如果机房楼具备改造条件，应进行相应的水冷空调系统改造。尽管施工难度大，但可最大限度的降低PUE，实现绿色、节能。