新风精密空调系统在数据中心中的应用

向金泽，唐国强

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

计算机数据中心内主要是交换机、服务器等多种精密设备，设备不间断运行进行数据传输与处理散发大量热量。空调系统主要给数据中心室内降温，使室内温湿度和空气洁净度控制在标准范围内，为数据中心设备运行提供良好的运行环境。随着现代信息技术的发达，数据中心的规模不断扩大、设备不断增多、负荷及散热猛增，因此，单纯增加空调系统数量或增加制冷量反而增加了机房的能耗。本文提出的新风一体化精密空调，为数据机房的运行提供良好环境[1-4]。

2 新风系统与精密空调系统的结合方案设计

传统的数据中心不仅配置有中央空调系统为设备降温，有的还单独安装新风系统，加强机房内通风空气。新风一体化精密空调系统将上述两种设备功能集合在一起，主要原理就是在精密空调的上游加装智能化FCP风箱，解决两种设备安装的空间和成本问题，同时一体化精密空调设备运行时能耗将大大降低。

3 节能原理及不同温度的工作模式

新风一体化精密空调主要子设备包含风量调节阀、新风和回风混风箱、室内外温湿度传感器。通过对机房内外温湿度的监测，自动调节系统的新风和回风量，确保系统节能运行。当室外的温度低于0℃时，一体化空调设备不需要进行制冷，而且向内输送过滤后的空气，实现室内温度降温，此时也是最节能状态。当室外温度小于18℃，通过吸入少量过滤空气，同时开启送风模式，通过风冷降低室温。当室外温度在18℃～24℃时，一体化空调系统向内输送少量过滤空气，同时大量送风，室外机启动并自动调节制冷量。而当室外温度大于24℃，一体化系统启动制冷模式，同时系统开启空气内循环模式，防止外部热气进入室内，最大程度降低一体化空调运行能耗。

4 空调系统设计

4.1 精密空调系统特点

一体化新风精密空调系统是经过各个国家长期对照试验后被认为能够满足计算机数据机房环境变化需求的一种专业环境控制设备，相较传统的空调系统其具有多方面的优点。

①计算机机房内各种服务器和主机等设备常年不间断运行散发大量热量，温度升高会影响设备运行效率，甚至烧毁配件，空调系统可将室内温度控制在22℃。

②计算机机房内主要为精密仪器，若室内湿度较小，长期运行易产生大量静电，对设备危害较大，若湿度较大易造成设备插件短路，一体化空调系统可以将室内湿度保持在40%～60%。

③对常年密闭的机房天花板以下低压回风区，室内空气进行内循环，新风一体机采用的亚高效过滤网系统可以在空气循环时对空气进行过滤净化。

④机房内温度升高主要是因为设备散热，这种热量特点是热量大、湿度低，其热湿比接近无穷大，对此情况进行等湿降温必须要大风量。一体化新风系统送风量大、焓差小，有利于室内降温。

⑤针对机房散热源特点，机房各设备散热量大且集中、通风口设置在屏柜设备的上部或者侧面，而且各设备常年不间断运行。精密空调可以采用上送风、侧回风的方式，自上而下进行送风迅速冷却，且可以做到一年四季的运转。

4.2 精密空调区域保温

精密空调可以使计算机数据机房内部温度保持在22℃恒温状态，但是机房外面温度却随着一年四季而变化，在夏天或者冬天等恶劣气候条件下，机房内外温差较大，会使空气中的水汽凝结，为避免结露现象对机房以及相关设施造成危害，机房的保温工作显得至关重要。一体化精密空调对机房采用上送风的方式，因为机房楼顶属于易产生温差的区域，此处的保温就比较重要。数据中心机房的散热具有热量大、湿度小、焓差小、循环风大等特点，机房环境对温湿度、送风速度和洁净度的要求较高。因此，需要根据机房特殊环境配置合适的一体化精密空调系统以及各种设施。第一步就是计算出机房的热负荷，其主要来自两个方面。

1）产生热量

该部分热量主要是数据中心内各主设备在运行时的散热、室内各种照明等辅助设备散热、运维人员等散热。

2）传导热量

该部分热量包含了新风系统运行时空气传导热量、阳光辐射热量、机房墙壁及窗户传导热量以及其他热传导等。

由于条件有限、且热量也会波动，根据机房的建造资料可以采用估算校核方式得到大致热负荷。对于人员散热可以取值418.59kJ/（h·人）、室内照明和其他各种辅助设备散热按照209.29kJ/（h·m2）进行取值计算。机房内各主设备的散热，应该按照设备运行实际情况进行取值。根据查阅相关文献资料计算，数据中心机房热负荷一般为300kcal/（h·m2）～500kcal/（h·m2），我国计算机机房的设备密度较小，设备利用率大概为80%。因此，若机房所在建筑为单层，其热负荷一般为1046.46kJ/（h·m2）～1674.36kJ/（h·m2），机房在多层建筑内，热负荷为837.17kJ/（h·m2）～1465.05kJ/（h·m2）。

4.3 空调容量选择

根据机房负荷以及散热模式的要求，在数据中心控制室配置普通空调有利于提高人体舒适感，机房设置功率为70kW的精密空调机组。

4.4 空调系统进出水方式设计

4.4.1 加湿系统

机房空调配备有加湿装置，该装置进水管与水源系统采用20PPR热熔管连接，并且在进水管接口处设置开关阀门，以方便加湿装置的检修。开关阀门的安装要注意减压垫等配件应按照说明要求进行安装，且阀门安装位置应在室内机组1m范围内。

4.4.2 排水管道

空调系统排水管与建筑排水系统用50mm 双面热镀锌管连接。安装排水管时，各种水封弯头等配件应按照说明要求进行安装，仔细连接排水管道，当试水试验无渗漏后固定在墙或地面上。

管道防漏：各种给排水管道在不同的温湿度环境下使用寿命不同，温度等环境条件恶劣也会使管道老化漏水。因此，空调系统应采取相关措施应对排水管道漏水。在机房空调机组安装处的地面上砌筑40mm×100mm 挡水坝，并在挡水坝范围内设置下水口，及时排出管道泄漏水，防止空调漏水盘溢出导致室内精密设备短路。排水管道设计时，排水方向应与管道始端保持1%向下倾斜，利于残留水流出。基于感应信息技术，对精密空调设计有漏水报警系统，当检测到漏水时及时推送报警信息，及时进行检修维护。

5 机房的新风设计

为确保计算机机房运行环境达标，机房一般都是全封闭内循环模式，避免外界粉尘进入，对精密设备运行造成危害。机房内长期不和外界进行空气流通，室内工作人员呼吸不到新鲜空气，长此以往会导致身体状况不佳。一体化新风系统的作用就是将外界的空气进行过滤净化进来加强室内空气的新鲜和流动性。

新风系统及机房配电均按照相关技术标准规划设计。新风系统将外界的空气进行初级和二级净化后吸入机房，确保流入机房内的空气洁净度符合要求，同时在两级空气过滤时还对空气进行热量交换，降低流入空气的温度与室内温度的温差，然后送风给精密空调系统并经空调排风系统输送给各个工作子区域，减少空调系统调节温度的出力，延长了空调系统的使用寿命。同时，新风系统源源不断地对机房室内送风，使机房内形成正压力，室内混浊空气通过门缝或者排气孔等流到室外，有效阻止了外界未净化空气的流入，提高了机房空气洁净度。新风系统设计时与建筑消防系统联动，消防系统把火灾信号传递给新风系统后立即关闭新风设备并密闭通风口，避免火势扩大。

6 实际应用

6.1 气候环境

数据中心机房位于四川某山区，该地海拔1950m，常年温度在17℃以下，全年42%的时间内温度在18℃～24℃，温度超过25℃的天数大约十天。冬季气温不超过0℃。

6.2 应用效果

经过采用新风一体化精密空调设备后，按照1.2 元/（kW·h）电费计算，相较于传统的空调系统，运行电费支出减少3.6万左右，具有良好的经济效益。

7 结语

本文通过对数据中心项目自动化及通信机房项目进行改造，采用一体化新风精密空调系统，实现对流入空气的过滤净化并进行温度交换，确保机房内空气的洁净度和温湿度符合要求。同时，最大化利用室外空气冷源，降低空调系统的降温出力，降低其运行成本，达到节能降耗的预期目标。本项目的实施取得了良好社会效益和经济效益，具有较高的推广价值。