張亞真

中元（廈門）工程設計研究院有限公司（361004）

某電子信息數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)設計

張亞真

中元（廈門）工程設計研究院有限公司（361004）

闡述了漳州市某電子信息數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)設計特點，介紹數(shù)據(jù)機房的氣流組織，以及為保證數(shù)據(jù)機房安全運行設置的備用系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)機房；空調系統(tǒng)；氣流組織；安全；備用

1 工程概況

本項目為某公司云計算數(shù)據(jù)中心，位于漳州開發(fā)區(qū)“招商局·芯云谷”一期，面向廈漳泉潮和臺灣區(qū)域承接云計算業(yè)務，打造大數(shù)據(jù)服務平臺、文化旅游服務平臺、現(xiàn)代服務業(yè)支撐平臺及現(xiàn)代農業(yè)支撐平臺，總建筑面積約7 848 m2。該數(shù)據(jù)中心建成后，將為漳州發(fā)展智慧城市提供優(yōu)質的硬件支撐及軟件服務。同時，也為芯云谷園區(qū)內引進的信息技術企業(yè)提供高效優(yōu)質的公共服務平臺、研發(fā)平臺等，有效提升漳州開發(fā)區(qū)服務水平。本次主要闡述數(shù)據(jù)機房的空調系統(tǒng)設計。

2 設計參數(shù)及空調負荷

《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》GB 50175-2008規(guī)定:根據(jù)機房的使用性質、管理要求及其在經濟和社會中的重要性確定所屬級別，電子信息系統(tǒng)機房應劃分為A、B、C三級，對各級機房提出相應的環(huán)境要求[1]。本項目數(shù)據(jù)機房確定為A級，室內設計參數(shù)要求參見表1。

表1 數(shù)據(jù)機房設計參數(shù)

同時要求機房內新風量按照換氣次數(shù)1次/h計算，正壓度保持：室內外壓差大于10 Pa，鄰室壓差大于5 Pa。

3 空調系統(tǒng)設計

3.1 空調系統(tǒng)

本項目地處夏熱冬暖地區(qū)，數(shù)據(jù)機房空調負荷包括:機房設備負荷，圍護結構傳熱負荷，人體、照明散熱負荷，新風負荷及濕負荷。其負荷的顯著特點是數(shù)據(jù)處理設備顯熱負荷很大，濕負荷很小。其主要空調負荷是設備負荷，送風量大，全年供冷運行，設備冷負荷密度高且運行較為穩(wěn)定，新風負荷小。

考慮目前各空調系統(tǒng)的特點及數(shù)據(jù)機房的使用要求及負荷特點，本項目數(shù)據(jù)機房采用集中式水冷空調系統(tǒng)。該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，還可以在空調系統(tǒng)供電出現(xiàn)問題情況下，通過設置蓄冷裝置實現(xiàn)供冷延時，對制冷系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性有了實質性的提高。為了使機房內的空調機組不產生冷凝水，提高數(shù)據(jù)機房的安全性，空調冷凍水供回水溫度由7～12℃提高到13～19℃。同時，供回水溫度的提高，使冷水機組的COP值更高，系統(tǒng)節(jié)能性更好。

本項目根據(jù)工藝布置機柜數(shù)據(jù)，設置的服務器機柜有802個(工藝設計參數(shù))[3]。經計算，數(shù)據(jù)機房空調總冷負荷為4 484 kW，機組采用2臺制冷量為2 461 kW的高溫高效離心式變頻冷水機組(一用一備)和2臺制冷量為1 243 kW的高溫磁懸浮離心式冷水機組(主用)，實現(xiàn)N+1備份，冷凍水溫度為13～19℃。應急備用冷源選用2臺100 m3的在線式蓄冷罐，15 min應急備用。蓄冷溫度13～14℃，釋冷終溫19℃。

在輸配系統(tǒng)方面，空調供回水管采用可進行在線維修的環(huán)狀雙路布置。即冷凍供回水管分別在一層先做環(huán)管，再通過豎管到達各樓層，在每樓層做環(huán)管接到空調；冷卻水管分2路供回水立管到頂部組成網接入冷卻塔。

3.2 空調末端系統(tǒng)

空調末端系統(tǒng)采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)，末端采用房間級精密空調機組控制房間溫度，濕膜式恒濕機控制房間濕度。數(shù)據(jù)機房空調采用上送風，側回風的冷凍水型房間級精密空調機組，氣流組織采用冷通道封閉方式。并使用直膨式風冷空調新風機組，保持機房內的正壓要求。新風入口處設置初、中效過濾器。數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)設備采用定送風量變送風溫度的方式。冷水管設電動二通閥，通過感溫元件測得室溫變化，改變進入空調系統(tǒng)設備冷水流量，實現(xiàn)空調區(qū)域溫度自動控制。每個數(shù)據(jù)機房采用1~2臺濕膜式恒濕機控制房間濕度。用于變電配電房（含UPS）及電池室采用機房專用降溫空調機組，上送風，正面回風，N+1冗余。

4 氣流組織設計

美國電信協(xié)會TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎設施標準》中要求，數(shù)據(jù)機房內計算機設備及機架采用冷熱通道的安裝方式，即機柜采用“背靠背，面對面”的形式擺放，在兩列機柜的正面面對通道中間的架空地板上設置空調送風口，在這兩列機柜之間形成一個“冷通道”。冷空氣流經設備后形成的熱空氣，排到兩排機柜背面中的“熱通道”中，通過熱通道上方布置的回風口回到空調系統(tǒng)[2]。采用冷熱通道布置的方式，能使整個機房冷空氣和熱空氣不混合，使整個機房氣流、能量流流動暢通，提高機房精密空調的利用率,進一步提高制冷效果。

但是由于采用冷熱通道設計，與規(guī)范要求的數(shù)據(jù)機房房間的設計溫濕度參數(shù)不同，冷熱通道空調溫濕度設計參數(shù)宜按表2執(zhí)行。

表2 數(shù)據(jù)機房冷熱通道設計參數(shù)

本項目采用密閉冷通道，冷通道為1.2 m，通道內設LED照明，兩端要求安裝旋轉雙開門，帶隱型閉門器。同時空調設置有接水盤，用于管道的安裝接口老化或者安裝不緊密，導致小量水分從接口滲出的情況。水分下流至接水盤后傾斜流至冷通道接水槽（玻璃膠封住接口），最后流向地漏?？照{氣流組織采用下送上回，空調機組輸送冷空氣進入密閉冷通道，通過地面空調風口送風，回風通過熱通道經由吊頂進行回風。

5 空調系統(tǒng)安全

為了保證數(shù)據(jù)中心全年不間斷供冷，需要進行互為備用及多樣性的空調系統(tǒng)設計，以保證空調系統(tǒng)的安全運行，避免由于空調系統(tǒng)故障影響數(shù)據(jù)中心的運行。主要措施有以下幾方面:

5.1 空調系統(tǒng)冷源的備用

空調系統(tǒng)制冷主機選型按照N+1的冗余，為了減少初期產生的喘振問題，采用大小機搭配，小機設置1臺冗余。小機采用磁懸浮離心變頻冷水機組，大機房采用離心變頻冷水機組?？照{水系統(tǒng)管道設置雙回路或環(huán)狀管網供回水,滿足在線維護，保證空調系統(tǒng)運行不受影響。冷卻塔風機、冷凍水泵、冷卻水泵均為變頻運行控制，水泵運行處于高效區(qū)，冷卻水系統(tǒng)管道分2路供回水立管到頂部組成網接入冷卻塔。冷凍水定壓采用2套儲水壓力罐，互為備用，保證空調系統(tǒng)安全運行。

5.2 空調末端系統(tǒng)的備用

各數(shù)據(jù)機房設置房間級精密空調（帶EC風機），N+25%冗余，具體設置為同一空調機房內小于4臺精密空調+1臺備用，大于等于4臺精密空調+2臺備用，保證任何一臺機組發(fā)生故障都有備用空調替代，同時合理分配每臺精密空調的運行時間。冷源系統(tǒng)及冷凍水末端空調間隔閥為雙閥，以保證系統(tǒng)可靠性。機房末端空調系統(tǒng)均為交叉供電，降低因供電系統(tǒng)故障導致數(shù)據(jù)機房斷電的風險。

5.3 供電故障時空調系統(tǒng)的延時運行

當空調系統(tǒng)發(fā)生供電故障時，設置不間斷電源（UPS）提供給冷水循環(huán)泵，并通過設置的不少于2臺的在線式蓄冷罐，可滿足15 min以上供冷時間，在電力故障時柴油發(fā)電機組啟動后冷水機組重啟期間維持設備運行一段時間，給空調系統(tǒng)恢復供冷提供一定的緩沖時間，保證數(shù)據(jù)機房設備的安全運行。

5.4 數(shù)據(jù)機房的防水和空調機房排水系統(tǒng)

空調機房設置良好的排水系統(tǒng)，同時數(shù)據(jù)機房設置環(huán)境動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),可嚴密監(jiān)測機房內溫濕度，且當冷凝水發(fā)生泄漏或產生結露水時候，可發(fā)出警報，由值班人員進行排查處理。

6 設計體會

隨著互聯(lián)網日新月異的發(fā)展，云計算數(shù)據(jù)中心建設已成為趨勢。從低密度的數(shù)據(jù)機房發(fā)展到現(xiàn)階段的高密度數(shù)據(jù)機房，大型數(shù)據(jù)中心建設項目也越來越多，因此也需要與之相匹配和互補的基礎設置，如供配電、空調及相關環(huán)境支持系統(tǒng)。其中空調系統(tǒng)設計應充分考慮其氣流組織，在高負荷情況下，設置冷熱通道使送回風互不混合，減少能耗，同時考慮設置備用系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)機房安全運行。

[1]中國電子工程設計院.GB 50174-2008,電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[2]美國電信協(xié)會.TIA-942,數(shù)據(jù)中心電信基礎設施標準[S].