机房风冷空调制冷系统解析

孙付龙 姜青云 王洪梅

摘 要：制冷系统是数据中心机房的核心组成部分。本文从机房空调制冷系统的原理与设计规则、组成部件入手，简单介绍机房的气流组织，然后对机房各个部分的日常维护进行分析，详细说明数据中心机房制冷系统的设计、运行、检查、维护等要求。

关键词：机房；风冷空调；制冷原理

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）04-0068-02

The Analysis of the Computer Room Air Cooled Air

Conditioning Refrigeration System

SUN Fulong1 JIANG Qingyun1 WANG Hongmei2

（1.Shandong Rural Credit Union，Qingdao Shandong 266555；

2.Qingdao Rural Commercial Bank，Qingdao Shandong 266555）

Abstract： The refrigeration system is the core part of the data center computer room. Starting with the principle， design rules and components of the air conditioning refrigeration system in the machine room， this paper briefly introduced the airflow organization of the machine room， then analysed the daily maintenance of every part of the machine room， and detailed the requirements of the design， operation， inspection and maintenance of the refrigeration system in the data center.

Keywords： computer room ；air cooling air conditioning；refrigeration principle

数据中心机房的一个重要组成部分是空调制冷系统，其不仅影响着机房从规划设计到运行实施再到维护修理的整个环节，还是IT设备运行的重要保障。其在整个机房数据中心是不可或缺的，具有组件繁多、运行复杂、规范要求高、容易被忽视等特点。因此，对其日常的检测与维护是非常必要的。

1 风冷空调的制冷原理

1.1 制冷剂的选择

与水的性质类似，R22制冷剂在不同压力、饱和温度下所呈现的状态是不同的。以70PSIG壓力、饱和温度4.5℃为标准且保持恒定的条件下，蒸发制冷过程是从饱和液体逐渐产生更多的气体，从而变为气液混合状态，然后气体越来越多，液体越来越少，最后形成饱和气体的状态。在压力恒定的情况下，温度会相应进行调整，如果温度低于饱和温度4.5℃时，由于温度低于饱和点，所以R22一直处于液态；如果温度高于饱和温度4.5℃时，由于温度高于饱和点，所以R22一直处于气态。因此，制冷剂的选择要根据人体体感舒适的温度（21～27℃）来确定合适的冷源。

1.2 制冷系统的四大组件

制冷系统包括蒸发器、压缩器、冷凝器、膨胀阀四大组件。①蒸发器制冷的原理是液态制冷剂经过节流降压后，在蒸发器吸热汽化的作用下冷却物理降温。②压缩机的原理是使在蒸发器中的制冷剂保持低压，而将冷凝器中的制冷剂保持高压。因此，压缩机作为制冷剂在系统内部循环的动力装置，是整个制冷循环的核心。③冷凝器的原理是将压缩机排出的过热气体在冷凝介质的作用下冷凝成液态。④膨胀阀的原理是对高压液态制冷节流降压，实现进入蒸发器的制冷剂在要求的低压条件下吸热蒸发，并且根据被冷却介质的热负荷变化自动调节进入蒸发器内的制冷剂流量。

1.3 循环过程

机房空调制冷循环是将空间内的热量转移或稀释到另外一个空间。这种热量传递的过程是在一个闭式系统内周期性重复进行的，实现此部分循环的同时需要消耗一定量的功。这一循环过程存在着吸热和放热两个环节，而这两个环节是利用在不同压力、不同饱和温度下状态的不同与变化过程实现的。

压缩式制冷机是由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀组成的，并由管道连接，构成一个封闭的循环系统。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸气，然后被压缩机吸入，压缩成高压高温的蒸气后排入冷凝器，在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的[1]。具体循环过程见图1。

2 机房的气流组织

地板下送风是比较常见的气流组织方式，其优势在于送风覆盖均匀度较好，送风口布置灵活，调整方便，送风阻力小，风机能耗低，送风方向与空气热流方向相同，气流组织合理，冷量利用效率高，易规划机柜冷热通道，易处理高热密度机柜负荷。其弊端是：建设施工较为复杂，对地板的净高有一定要求（一般不低于300mm）[2]，地板的材质需要防静电，地面也需要进行保温处理。

3 机房空调日常维护

3.1 过滤网

在每个控制单元都安装过滤网，并对过滤网进行定期检查与更换。在更换时，需要考虑时间间隔、环境因素、过滤网材质类型等。及时清理并更换可以避免过滤网堵塞。

3.2 室内风机组件

风机需要检查的主要结构部件包括皮带、电机、风机轴承及叶轮。①皮带。首先应注意其松紧度。可以用皮带拉力计检测其松紧度，也可以通过按住电机轮和风机轮的中心位置查看是否有1/2～1的位移[3]。其次，检查皮带是否有磨损情况。最后，检查皮带是否有拉长、破损和变形的情况。若发现皮带存在上述问题，必须及时进行更换，更换时要注意皮带的型号。②电机。电机和安装板一体化设计主要是运用在其自身重力作用下自动调节皮带的张紧力，从而实现减少风机振动和皮带磨损的目的。当电机出现声音异常需要更换时，对于上出风机组，应特别注意安全，必须借助专用工具托住电机再拆除电机底座固定螺栓。③风机轴承及叶轮。风扇的检查包括查看扇叶上是否有杂物碎片，轴承是否安装牢固，扇叶是否与外罩相互摩擦，轴承是否密封等。

3.3 风冷冷凝器/风机

室外机空气流动受到阻碍时，应使用压缩空气或翅片清洗剂（弱碱性）清洗冷凝器。采用压缩空气清洗翅片时，吹洗方向应为逆气流方向。检查翅片是否有倒片或损坏现象，若有损坏，需进行维修。检查所有制冷管路及毛细管路是否有振动，若有振动，则需要进行加固。仔细检查所有制冷管道附件是否有油迹，以确保没有泄露现象[4]。冬季应避免积雪堆积至冷凝器的周围。每月需对风机进行例行检查，观察运行是否正常，是否存在异常噪音、振动、轴承卡死等问题。

综上所述，机房空调与常规空调对外界环境的要求、系统设计有所不同。在使用、检查、维护时应根据不同设备的规模、要求、负荷密度等数据信息进行确定后，选择合适的空调系统。设计人员为了确保数据通信设备能实现有效制冷，应充分了解数据通信设备及热负荷数据等相关信息，然后结合空调系统的送风方式对温度场数值进行模拟，最终选择最好的送风方式与空调参数。

参考文献：

[1]李红霞.通讯机房空调上送风与下送风方式的利弊分析[J].邮电设计技术，2004（4）：60-62.

[2]周航.电信机房空调送风方式的选择与设计[J].制冷与空调，2009（3）：69-71.

[3]胡燕.关于模块化数据中心发展的思考[J].电信科学，2014（5）：156-159.

[4]刘倩倩，王江江，荆有印.数据机房双冷源空调系统设计与分析[J].暖通空调，2013（10）：23-27.