中國儲能網訊：數(shù)據(jù)中心內聚集了大量服務器、存儲設備、網絡設備等IT設備，產熱量極大。同時，由于數(shù)據(jù)中心機房內設備全年8760h不停運轉，常年滿負荷工作。為了保證機房內的溫度、濕度和空氣潔凈度要求，機房一般是全封閉的，機房內的空調設備一般全年運行。數(shù)據(jù)中心能源消耗巨大，高性能服務器致使單個機柜的發(fā)熱密度急劇升高，目前已經高達20～30kW/機柜，一個10萬臺服務器規(guī)模的數(shù)據(jù)中心的功率有時高達4.5萬kW，年耗電約4億kW·h。
1. 數(shù)據(jù)中心機房空調系統(tǒng)的特點
1）設備單機散熱量大，散熱量集中。機房內沒有特定的濕源，濕負荷主要來自于滲入機房的外部空氣以及偶爾進入機房的工作人員，散濕量小。
2）機房的散熱主要是顯熱，潛熱量小，熱濕比近似為無窮大；送風焓差?。豢照{器的空氣處理過程可近似看作等濕降溫過程，在此工況下，必然需要較大的送風量，對溫濕度要求高。
3）機房內部的通信設備全年不間斷運行，即使是在冬季，也可能存在需要供冷的情況，空調運行周期長、能耗大。
4）IT設備對空氣潔凈度要求嚴格，對新風和送風要進行空氣凈化處理。
2. 空調系統(tǒng)設計應考慮的綜合因素
隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，單機架功耗越來越大，空調負荷需求也越來越大，須高度重視空調水系統(tǒng)設計的合理性。選擇何種空調系統(tǒng)，要綜合考慮建筑規(guī)模、用途、機房等級、所在地區(qū)的氣象條件、能源結構、政策、價格及環(huán)保規(guī)定等情況。設計的合理性和空調設備的效能將對通信設備安全、建筑節(jié)能和運營成本有很大影響。數(shù)據(jù)中心制冷空調原理如圖1所示。（公眾號：CHNDCOM）
3. 空調水系統(tǒng)設計原則
1）力求水力平衡。
2）防止大流量、小溫差。
3）水輸送系統(tǒng)要符合規(guī)范要求。
4）變流量系統(tǒng)宜采用變頻調節(jié)。
5）要處理好水系統(tǒng)的膨脹與排氣問題。
6）要解決好水處理與水過濾問題。
7）要注意管網的保冷與保暖效果。
4. 數(shù)據(jù)中心設計常見問題及其對策
（1）常見問題1 空調系統(tǒng)設計配置不滿足國家標準的分類要求。
對策：
1）A級機房空調系統(tǒng)配置要求。
①空調系統(tǒng)制冷量滿足主設備冷負荷，并應24h不間斷運行。
②運行空調系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應設有一套獨立的備份空調系統(tǒng)以完全保證溫濕度要求。
③末端空調按N+X（X=1～N）原則備用，N不宜小于3臺。
④空調水管道系統(tǒng)為環(huán)路或雙管路。
2）B級機房空調系統(tǒng)配置要求。
①空調系統(tǒng)制冷量滿足主設備冷負荷，并應24h不間斷運行。
②末端空調按N+X（X=1～N）原則備用，N不宜小于3臺。
③空調水管道系統(tǒng)為環(huán)路或雙管路。
3）C級機房空調系統(tǒng)配置要求。
①空調系統(tǒng)制冷量滿足主設備冷負荷要求，并應24h不間斷運行。
②末端空調宜按N+1原則備用。
（2）常見問題2 高密度機架區(qū)域空調系統(tǒng)設計不合理。
對策：
1）機房需要有良好的通風制冷條件，應有良好的送風和回風組織，機架應靠近空調設備安裝。
2）當機房內高功率密度設備數(shù)量較少時，宜在整個機房內平均分布，不宜聚集在一起安裝。
3）高功率密度區(qū)域應與低功率密度區(qū)域隔離，宜在封閉的小范圍內設置專門的空調系統(tǒng)。
4）布置機柜時應分冷、熱通道，并充分考慮機柜的散熱要求。
5）空調系統(tǒng)送回風方式宜采用下送風、側回風。
6）機柜間距應根據(jù)空調的回風要求合理布置。
（3）常見問題3 機房環(huán)境不達標。
對策：
1）數(shù)據(jù)中心室內環(huán)境設計參數(shù)、空調機組運行參數(shù)、空調的數(shù)量、送風方式及冷卻方式，應根據(jù)設備具體的工藝要求以及機房的冷負荷情況并結合機房實際、機房的空調氣流組織形式確定。在滿足工藝要求的前提下，應盡量提高環(huán)境溫度設定值。
2）數(shù)據(jù)中心空調宜采用大風量、小焓差、高顯熱比的恒溫恒濕空調，機房需補充新風，新風設備宜設置過濾網和電動調節(jié)閥。
3）新風量應滿足機房的正壓要求和現(xiàn)行國家標準GB50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》的要求。
4）主機房與其他房間、走廊間的正壓差應不小于4.9Pa。
5）新風系統(tǒng)或空氣系統(tǒng)應設粗效、中效空氣過濾器，末端過濾裝置宜設在正壓端。
6）空調設備宜選擇高效、低噪聲、低振動的設備。
7）空調系統(tǒng)的運行噪聲要求應滿足國家現(xiàn)行相關規(guī)范要求。
8）機房潔凈度要求：每升空氣中大于或等于0.5μm的微塵粒數(shù)不大于18000粒。
（4）常見問題4 機房空調和氣流組織不利。
對策：
1）數(shù)據(jù)中心的空調設備及數(shù)據(jù)設備均應根據(jù)設備的散熱需求合理布置，宜將冷風直接送達服務器的進風口，回風氣流應能夠順暢回到空調機，減少在機房內的滯留時間。
2）機架設備的布置應與空調機房送風面和回風面垂直。機房的柱位不應布置在熱通道上。
3）數(shù)據(jù)中心內氣流組織形式應結合建筑條件，通信設備本身的冷卻方式和結構，設備布置方式、布置密度，設備散熱量，室內風速，防塵、噪聲等要求選擇。新建機房宜采用下送風的氣流組織方式。高功率密度機架可采用列間空調、背板空調等供冷方式。
4）數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)布置時宜遵循“先冷設備、后冷環(huán)境” 的原則，改造機房宜采用精確送風的氣流組織方式，以節(jié)省空調能耗。
5）數(shù)據(jù)中心根據(jù)實際情況，宜采用冷熱通道封閉方式。
6）架空地板的高度應通過計算確定，確保將地板下斷面風速控制在1.5～2.5m/s。
7）對于單機架安裝功率不大于1.5kW的機房，也可選用上送風的氣流組織方式。
8）采用上送風方式的機房，宜通過風管、調節(jié)閥門、送風器等對冷通道進行封閉，直接把冷風送至機柜內部進風口，送風量可通過自動或手動的方式分配。
9）數(shù)據(jù)中心采用高功率密度機柜時，空調氣流組織宜采用列間送風、背板等與機柜功耗相匹配的氣流組織方式。
（5）常見問題5 冷源系統(tǒng)方案選擇不合理。
對策：
數(shù)據(jù)中心的冷源應根據(jù)數(shù)據(jù)中心空調負荷的規(guī)模，建設地點的能源條件、能源結構、能源價格，以及國家節(jié)能減排和環(huán)保政策的相關規(guī)定等，通過綜合論證確定。
1）選擇水冷電動壓縮式冷水機組時，宜按照表1中所列冷量范圍，經性能價格綜合比較后確定。
2）冷水機組的選型應采用名義工況制冷性能系數(shù)（COP）較高的產品，并同時考慮滿負荷和部分負荷因素，其性能系數(shù)應符合現(xiàn)行國家標準GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設計標準》以及其他相關標準的規(guī)定，并應優(yōu)先選用能效等級較高的節(jié)能型產品。
3）電動壓縮式冷水機組中電動機的供電方式應符合下列規(guī)定：
①當單臺電動機的額定輸入功率大于1200kW時，應采用高壓供電方式。
②當單臺電動機的額定輸入功率大于900kW而小于或等于1200kW時，宜采用高壓供電方式。
③當單臺電動機的額定輸入功率大于650kW而小于或等于900kW時，可采用高壓供電方式。
4）選擇電動壓縮式制冷機組時，其制冷劑應符合國家現(xiàn)行有關環(huán)保政策的規(guī)定。
5）選擇冷水機組時，應考慮機組水側污垢等因素對機組性能的影響，應采用合理的污垢系數(shù)對供冷量進行修正。
6）冷水機組的工作壓力不應大于其額定工作壓力。
7）有安全可靠的可供利用的廢熱或工業(yè)余熱時，冷源宜采用吸收式冷水機組。
8）天然氣供應充足且安全的地區(qū)，當數(shù)據(jù)中心能夠充分發(fā)揮三聯(lián)供系統(tǒng)的能源綜合利用效率且經濟技術比較合理時，宜采用分布式燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。
9）具有多種能源的地區(qū)，可采用復合式能源供冷。
（6）常見問題6 自然冷源利用方案不合理。
對策：
1）數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)應滿足國家節(jié)能、環(huán)保的相關要求，在保證機房安全生產的前提下，宜充分考慮空調系統(tǒng)運行的節(jié)能性。根據(jù)當?shù)貧夂驐l件，嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、溫和地區(qū)應充分利用自然冷源。在室外溫度較低時，可利用冷卻塔及熱交換器進行制冷。
2）集中式空調系統(tǒng)冷源設計應考慮制冷機組的合理選型配置，以保證空調系統(tǒng)部分負荷時的制冷效率。
3）設計集中式空調系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心時，宜根據(jù)機房所在地的熱源狀況、供熱需求，通過技術經濟比較，設置機房余熱回收裝置，利用機房余熱提供供暖和生活熱水，以提高能源的綜合利用率。
4）過渡季節(jié)及冬季室內需要降溫時，在兼顧安全性和經濟性的前提下，宜根據(jù)項目所在地的氣候特點和空氣質量，通過直接、間接等方式引入室外自然冷源。
5）重要性高或高功率密度機架的機房，宜考慮不間斷供冷保障措施。不間斷供冷時長宜按停電后發(fā)電機起動后制冷機起動并能恢復供冷的總時長確定。
6）集中式空調系統(tǒng)冷水主機的冷卻方式應根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設地區(qū)的水資源狀況進行選擇。水資源滿足需要且可靠性有保證時，應優(yōu)先采用水冷卻方式。水資源供應只有一路或可靠性無法保證時，也可采用風冷式方式。
（7）常見問題7 空調系統(tǒng)設計節(jié)能措施不得當。
對策：
1）空調系統(tǒng)應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件，充分利用自然冷源，可采用機械制冷與自然冷卻相結合的方式。
2）大型數(shù)據(jù)中心宜采用水冷冷水機組或風冷冷水機組的空調系統(tǒng)，其中采用水冷冷水機組的空調系統(tǒng)在低溫季節(jié)可利用室外冷卻塔作為冷源，并應通過換熱器對空調冷凍水進行降溫；采用風冷冷水機組的空調系統(tǒng)，其室外冷水機組應具備低溫季節(jié)的自然冷卻功能。
3）具備余熱回收利用條件時，應在對自然冷卻和余熱回收利用進行綜合的經濟技術分析后，確定空調系統(tǒng)設計方案。
4）空調系統(tǒng)工藝復雜，節(jié)能技術手段豐富，宜設置必要的檢測與集成控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行自動控制與能量管理。
（8）常見問題8 防水安全性欠考慮。
對策：
如圖2所示，通過土建隔墻將空調區(qū)域與主設備區(qū)域隔開，冷凍水管只經過空調區(qū)域，并在空調區(qū)域做排水地漏和防水處理。
（9） 常見問題9 單點故障安全性欠考慮。
對策：
如圖3所示，機房空調的供水管由兩路管線組成，分別來自兩個水管井，即使有一路管路出現(xiàn)故障，另外一路供回水管路仍然能保證空調的正常運行。
（10）常見問題10 水冷空調系統(tǒng)安全性欠考慮。
對策：
1）水冷空調系統(tǒng)機組備份安全性考慮。為保證機組設備出現(xiàn)故障情況下的機房安全性，冷水機組和末端空調設備均需要考慮設置安全備份。一般情況下，可采用主機N+1備份方案：冷凍機房的N臺冷水機組能滿足整個機房樓的負荷要求，另外再增加1臺主機作為備份。末端空調設備也做N+1的安全備份考慮。
2）水冷空調系統(tǒng)機組供電安全性考慮。引入兩路市電，每臺機組接一路不同市電。另外，還可以考慮采用蓄冷罐作為瞬時停電時冷凍水系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，其在保障機房空調不間斷工作上具有一定意義。
3）水冷空調系統(tǒng)市政斷水的安全考慮。由于冷卻塔在散熱過程中是依靠水的蒸發(fā)散熱的，因此存在冷卻水損失，需要不斷進行補水。一旦市政斷水，將無法及時補充冷卻水，冷卻塔的散熱將受到影響，進而影響冷水機組的正常運行。因此，采用水冷空調系統(tǒng)時，需考慮市政斷水情況下的冷卻水補水問題。一般考慮設置冷卻水蓄水池，設計兩路冷卻塔補水管，平時由市政自來水補水，在市政斷水時，切換至蓄水池補水。
4）空調系統(tǒng)的安全考慮總結如下：
①主機和末端設備N+1備份，在任一機組出現(xiàn)故障的情況下，保證機房的正常運行。
②水管采用雙管路設計，避免單點故障，即使有一路管路出現(xiàn)故障，另外一路供回水管路仍然能保證空調的正常運行。
③斷電時的不間斷供冷。設置蓄冷罐，滿足數(shù)據(jù)中心15min的不間斷供冷需求，在市電斷電且發(fā)電機未起動的情況下，由蓄冷罐作為應急冷源對數(shù)據(jù)中心進行供冷。
④斷水時的不間斷供冷。設置蓄水池，滿足數(shù)據(jù)中心12h的冷卻塔補水需求，在市政斷水時，由蓄水池對冷卻塔進行補水，保證空調系統(tǒng)的正常運行。（公眾號：CHNDCOM）
（11）常見問題11 冷源的選擇不合理。
對策：
冷源即制冷主機，通常包括離心式機組和螺桿式機組，兩種機組的對比如下。
離心式機組是依靠離心式壓縮機中高速旋轉的葉輪產生的離心力來提高制冷劑蒸汽壓力，以獲得對蒸汽的壓縮過程，然后經冷凝、節(jié)流、降壓、蒸發(fā)等過程來實現(xiàn)制冷的。其組成部件主要有離心式壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流機構、抽氣回收裝置、潤滑系統(tǒng)和電氣控制柜等。它具有單機制冷量大、機組效率高等特點。
螺桿式機組是利用螺桿式壓縮機中兩個陰、陽轉子的相互嚙合，在機殼內回轉而完成吸氣、壓縮與排氣過程的。其組成部件主要有螺桿式壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥以及其他控制元件，部件數(shù)量較離心機要少。它具有結構緊湊、運行平衡可靠、易損件少、部分負荷效率高等特點。
離心式機組與螺桿式機組都具有較高技術水平，一般都采用微計算機自動控制，具有自動診斷、自動調節(jié)功能及各種安全保護裝置，對操作水平要求不高。在低負荷狀態(tài)下，離心機組有一個“喘振”的問題。一般來說，離心式機組的能量調節(jié)范圍為40%～100%，在低于40%負荷運行時，離心式機組比較容易發(fā)生“喘振”現(xiàn)象，“喘振”嚴重時，會使機組的整個核心部件——葉輪損壞，使離心壓縮機受損。螺桿式機組是利用油壓推動滑閥開關控制容量的，部分負載時，絕無不平衡沖擊現(xiàn)象。而對于多機頭的螺桿式機組來說，其能量調節(jié)范圍一般在7.5%～100%之間，而且可以連續(xù)進行能量調節(jié)。
對于400冷噸以上的機組，選用離心式水冷機組較為經濟合理。雖然單臺離心式水冷機組的一次投資高于相同容量的螺桿式冷水機組，但是離心式冷水機組的運行效率比螺桿式冷水機組高10%以上，大大地降低了選用機組的數(shù)量及運行費用。
一般應根據(jù)數(shù)據(jù)中心夏季總冷負荷需求選擇冷水機組。考慮數(shù)據(jù)機房的安全性，空調冷源需考慮備份，一般為N+1備份。鑒于通信設備是分期安裝的，建設初期設備功耗較少，機房總冷負荷需求較少，考慮制冷主機的運行效率，選型時宜考慮制冷主機容量大小合理搭配，離心式機組、螺桿式機組合理搭配，定頻、變頻合理搭配，真正適應冷負荷的全年變化規(guī)律。
也有室外冷源選用風冷熱泵機組（空氣水熱泵機組），以室外空氣作為冷卻介質的。該系統(tǒng)整體性好，安裝方便，可直接安裝在室外，不占用有效建筑面積，沒有冷卻塔、水泵和冷卻水系統(tǒng)等其他附屬設施。但機組依靠空氣冷卻，COP值比水冷式主機低；制冷量隨室外氣候變化明顯，氣溫升高，效率降低；使用壽命比制冷主機低；機組容量小，適用于中小系統(tǒng)，一般不推薦用于大型數(shù)據(jù)中心。
