绿色数据中心机房空调方案-冷冻水下送风汇总.doc

第一部分：工程概况及建设原则与目标一、工程概况1、机房长、宽、高；净空高度、有无地板、地板高度；机房朝向、密封情况。2、每个机房的设备类型、设备数量、设备功耗。3、原有空调情况、送回风方式（改造项目）。4、机房出现问题描述（改造项目）。5、冷冻水空调系统状况描述：冷冻水供水温度：7，回水温度；12压力；100Kpa;管路：双路供水或单路供水等。二、数据中心机房空调设计依据与标准1、设计规范与参考依据根据国家和国际的数据中心机房与空调的标准与规范：l GB50174-2008电子计算机机房设计规范l GB/T28872000电子计算机场地通用规范l ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.) TC9.9l TIA942标准(Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers)l 其他数据中心和暖通空调设计规范和文件2、机房设计标准数据中心机房和电力机房内有严格的温、湿度、噪音等要求，机房按国标GB2887-89计算机场地安全要求的规定：1）、温度、湿度标准：表2 温度、湿度标准级别项目A级夏季冬季222C202C相对 湿度45%65%温度变化率5C/h并不得结露2）、噪音标准：主机房区的噪声声压级小于68分贝3）、正压密封要求主机房内要维持正压，与室外压差大于9.8帕，机房要求密封运行，减少门窗等区域的冷风渗透。4）、洁净度要求在表态条件下，主机房内大于0.5微米的尘埃不大于18000粒/升。5）送风速度送风速度不小于3米/秒。6）新风需求满足工作人员工作所需的新风要求量，按照3040m3/h人 计算。根据机房实际可实施的情况，在过渡季节，引入室外较低温度的冷风，减少机房内空调负荷，减少机房空调能耗。三、数据中心空调建设原则与目标1）、标准化。数据中心机房规划设计方案，基于国际标准和国内有关标准，包括各种机房设计标准，机房空调相关规范以及计算机局域网、广域网标准，从而为建设高标准、高性能机房奠定基础。2）、先进性与实用性相结合。机房空调系统设计立足于高起点，参考国际先进的机房空调建设经验以及业界同类机房的建设经验，适应当前数据中心机房的实际情况，构建合理并适当超前的技术体系架构。3）、可靠性。数据中心机房空调系统应具有高可靠性，以保证数据中心主设备的稳定运行；机房空调制冷量按照机房内设备功耗量以及规划布局等因素设计计算，并考虑合适的冗余，保证为用户提供连续不间断的36524小时空调运行服务。4）、可扩充性和工程可分期实施。在机房空调系统设计中充分考虑用户后期的扩容，以及不同功能区间的划分，进行合理的冗余设计，预留合适的安装位置；实现根据区域扩容情况逐步增加机房空调，提高初次投资的利用率。5）、智能与群控管理。机房空调系统采用智能化设计，可以实现对机房内多台机组进行集群控制，根据机房负荷变化，控制机房空调运行，实现空调能效管理。提供远程监控通信接口，实现远距离监控，远程监控与当地控制相同。6）、绿色环保、节能、减排。数据中心机房空调设计充分考虑当前机房节能技术和节能方案，满足各种电子设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等的要求，考虑环保、减排的要求，建设安全可靠、舒适实用、绿色节能、高效的数据中心机房。7）、可维护性。机房空调系统采用模块化结构设计，100全正面维护，各部件均为标准系列化部件，并保证有充足的备品备件，减少维护时间和工作量。第二部分：空调技术方案与建议一、本工程中心机房空调负荷计算1、机房热负荷计算方法一机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。因此，我们要了解主设备的数量及用电情况以确定机房专用空调的容量及配置。根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等。如不具备精确计算的条件，也可根据机房设备功耗及机房面积，按经验进行测算。按照机房热负荷各组成部分精确计算。l 设备热负荷（计算机及机柜热负荷）；l 机房照明热负荷；l 建筑维护结构热负荷；l 补充的新风热负荷；l 人员的散热负荷等。（1）设备热负荷：Q1=P*1*2*3（kW）Q1：计算机设备热负荷P：机房内各种设备名义总功耗（kW）1：同时使用系数2：利用系数3：负荷工作均匀系数通常，1、2、3取0.70.8之间，考虑制冷量的冗余，通常123取值为0.8。如果设备总功耗为实际运行总功率，根据邮电建筑设计规范YD/T 5003-2005相关规定，此时设备运行总功率按照全部转化为设备热负荷计算。（2）机房照明热负荷：Q2=C*S （kW）C：根据国家标准计算站场地技术要求要求，机房照度应大于2001x，其功耗大约为20W/m2。以后的计算中，照明功耗将以20 W/m2为依据计算。S：机房面积（3）建筑维护结构热负荷Q3=K*S/1000 （kW）K：建筑维护结构热负荷系数（5060W/m2机房面积）S：机房面积（4）人员的散热负荷：Q4=P*N/1000 （kW）N：机房常有人员数量P：人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21和24时均为130W/人。（5）新风热负荷主要按照人员所需新风负荷量计算，一般较小，一般用机房空调设计冗余量进行平衡。则，机房热负荷Qt= Q1+Q2+ Q3+ Q42、机房热负荷计算方法二机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。因此，我们要了解主设备的数量及用电情况以确定机房专用空调的容量及配置。根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等。如不具备精确计算的条件，也可根据机房设备功耗及机房面积，按经验进行测算。采用“功率及面积法”计算机房热负荷。Qt=Q1+Q2 其中，Qt 总制冷量（kW） Q1 室内设备负荷（=设备功率0.8）。如果设备总功耗为实际运行总功率，根据邮电建筑设计规范YD/T 5003-2005相关规定，此时设备运行总功率按照全部转化为设备热负荷计算。Q2 环境热负荷（=0.120.18kW/m2 机房面积）3、机房热负荷计算方法三在实际工程方案设计中由于建筑物机构的复杂性与未来设备安装的不确定性，通常可以参考下表经验数值，然后根据总面积计算出冷量需求。采用“面积估算法”估算机房热负荷。Qt=S*P/1000 （kW） 其中，Qt 总制冷量（kW） S 机房面积（m2）P 机房热负荷系数二、空调配置方案及建议1、配置方案根据机房空调负荷估算结果，配置高效节能的Liebert.PEX机房空调。建议一期配置3台艾默生P3140FC冷冻水下送风空调和6台艾默生P2070FC冷冻水下送风空调；注:1) 机房空调回风工况：24，50RH；供回水温度7/12，水压降：83kPa； 2)配置空调总制冷量按照主用空调数量核计，不计算备用空调制/显冷量，配置空调的总制冷量保证一定的冗余量。2、机房内整体布局与气流组织：气流组织1、如图1,主设备划分冷热通道，地板下送风，自由空间回风： 图1 地板下送风，自由空间热通道回风机房空调安装在热通道，送风口安装送风导流板送风至地板下，在冷通道安装送风风口，送风至主设备正面进风口，冷却主设备后，由主设备背面或者上部自由回风至机房空调。气流组织2、架空地板下送冷风，天花板吊顶回热风的方式（层高满足要求的情况下），主设备机房划分冷热通道，如下图1。机房空调安装在热通道，增加送风导流板送风至地板下，在冷通道安装送风风口，送风至主设备正面进风口，冷却主设备后，由主设备背面热通道经吊顶回风至机房空调。图1 地板下送风、天花板吊顶热回风方案示意图3、新风引入：1）吊顶内引入新风混合方式：在吊顶回风的回风空间内，引入经过过滤处理的新风。在平时用于满足工作人员的新风需求和保证机房密封所需的正压需求；在过渡季节加大送风新风量，新风量满足GB50174-93电子计算机机房设计规范要求的5。2）自由回风引入新风：在回风的热通道内，引入经过过滤处理的新风。在平时用于满足工作人员的新风需求和保证机房密封所需的正压需求；在过渡季节加大送风新风量，新风量满足GB50174-93电子计算机机房设计规范要求的5。4、架空地板高度图2 架空地板高度根据数据中心中主设备的单机设备功耗，架空地板的高度如下表：表6：不同机柜功耗下建议的机房架空高度单机柜功率kW/rack建议架空地板高度mm13504001.54004502500550 2.55506003600650 3.56507004700750 4.5750800580010005、末端送风口末端地板送风口建议采用高开孔率孔板地板或者可调节的地板百叶风口，末端风口数量配置按照主设备负载情况布置。末端风口数量计算：按照设计标准：地板风口风速小于2.0m/s，采用高地板开孔率6070 核算 。如下示例： 2kW机柜： 单块地板：300*600mm的50开孔率地板3kW机柜： 单块地板：300*600mm的60开孔率地板 5kW机柜： 两块地板：300*600mm的60开孔率地板 图3 末端送风口6、室内外机安装1) 室内机安装建议基本要求：A、房间整体通风顺畅，送风、回风无障碍。B、室内机安装在机房内，贴墙安装，间距合理，前面预留充足的检修空间和通道。2) 加湿水管：主机房的机房空调给水管可由土建预留的每层自来供水管处驳接。加湿水管处增加防水地漏，并在空调区域安装点式漏水告警装置检测漏水。3) 冷凝水管：建议数据中心在土建阶段预留好每层机房空调排水管，并直通室外或者集中立管排放。在机房空调到位后，机房空调排水管与最近的区域的排水管驳接。4) 冷冻水管连接与墙洞预留：建议在土建阶段，预留好机房空调冷冻水管路由，并预留接口，阀门封堵，以方便空调机组连接，并做好冷冻水管的防漏措施。5) 空调配电：空调机组的配电箱建议在每层机房内独立设置，并且考虑空调配电箱的冗余备份，避免机房内配电的单点故障。 图4 冷冻水空调系统安装示意图三、方案优势综述 1、先进性与实用性：本机房空调技术建议方案，在综合考虑机架安装、设备功耗、空调制冷量需求和空调安装位置等因素的基础上，进行配置。空调系统方案采用当前先进主流的地板下送风吊顶热回风（或热通道自由回风）的气流组织方式，冷热通道分离，减少冷热风混合。采用先进节能高效的艾默生的全球研发的Libert.PEX系列机房空调，具有多项先进且很有实用性的设计，如：ICOM智能群控系统、不受水质影响的远红外加湿器等。注重安全可靠性和可维护性，可操作性，降低整个运行周期的全寿命成本。2、安全可靠性：Libert.PEX系列机房空调机组均为标准化设计，包括室内送风机和送风电机等运动部件和系统均为内部互为备份： 空调方案配置的安全可靠性：主设备机房按照N+1机房空调设计标准进行配置，保证机房内的空调容量和物理的冗余，保证数据中心运行的安全与可靠性。3、扩容与分期建设空调机组均为标准化机组，相互独立。机房空调设计按照远期最大容量配置，但是可以根据机柜安装情况逐步增加空调，分批采购安装有利于建设的分期进行与扩容，提高了机房建设的一次性投资的利用率。4、智能化与群控Liebert.PEX机房空调机组配套的iCOM控制器具有强大的Teamwork智能群控功能。PEX 的每个模块都有独立的iCOM控制器，并且可以根据现场情况，将各机组联动与群控，同一区域可以将32套机组进行Teamwork方式统一控制管理。实现的Teamwork群控功能包括：1、备份：备份自动切换功能，当群组中机组发生故障时，备份机组自动投入运行，提高空调系统的可靠性； 2、轮巡：定时切换备份机组 ；3、能效管理功能：根据机房内热负荷的变化自动控制机组中空调机的运行数量；达到节能的目的 4、避免竞争运行：避免同一机房内多台空调机同时运行在相反的运行状态（制冷/加热、加湿/除湿），达到节能的目的。5、延时启动与非市电状态联动控制功能：Liebert.PEX系列机房空调当输入电源因故障恢复正常后，机组具有顺序地自动启动和手动启动两种性能，提供延时启动的机组与元件设计，避免机组启动冲击电网以及油机，机组延时启动时间0999秒可设置，不同机组，可以分配启动时间，顺序启动。另外，Liebert.PEX系列机房空调只需要油机（或者UPS）提供一个干接点（不需要任何监控系统实现），与iCOM控制器连接，油机启动时，干接点处于“开”状态，Liebert.PEX空调自动关闭加湿及再热系统，仅处于制冷状态，最大限度减少供电需求；油机关闭，干接点处于“闭”状态，空调自动恢复设置，启动正常的加湿和再热功能。标准配置RS485和TCP/IP等标准通讯接口和国际通讯协议，能接入外网监控，提供方便的现场监控和远程监控的两种控制模式，其监视和控制功能与就地操作时相同。 图5 机房空调智能群控5、施工与维护简单便捷PEX系列空调机组可以100全正面维护，可以靠墙安装。设备内部运动工作部件，如加湿器、室内送风机等，维护简单方便，减少维护工作量和维护成本。第三部分 绿色环保、高效节能1、绿色环保：空调机组均符合环保指令：ROHS(电机电子产品中有害物质禁限用指令)和WEEE（废电机电子产品指令）。2、机房空调机组高效节能：1）、机房空调显热比高，均为0.8以上。2）、机房空调的其他节能特点：a、远红外加湿器6秒快速加湿、耗能低于电极式加湿、不受水质影响；b、快速除湿阀能减少除湿的能耗、降低再热量和加湿能耗；c、电子水流量调节装置，精确调节，保证机组最佳运行状态；d、可选配EC风机。EC风机电机为采用先进的电子换向（Electronically Commutated）技术的无刷直流电机，配合后倾叶片风机，可实现风机系统节能约30%，并且实现无级调速，风量与制冷量实现最佳匹配。这个节能的实现是通过两方面来实现的：一方面是EC风机本身耗能极低，摆脱了皮带的传动，采用直接连接的一体机方式，效率能得到较大提升，耗能有较大程度的下降；另一方面则是风机的功率下降，热损耗也同时降低，需要空调带走的热量也降低，空调可以有更多的冷量投入到机房环境的调节上面。由于EC风机采用电子控制电动技术，可以无级的调整风机的负载输出，这样可以为空调机组的运行提供最佳的风量匹配，最大效率提升机组制冷能力。图6 EC风机与常规风机比较3、自然冷源利用节能：机房引入处理后的新风，自然节能，空调机组整机年省电约2%。本工程配置新风分体屋顶机，平时用于室内正常的新风负荷需求，保持机房内正压的需求。在秋冬等过渡季节，新风机组可以根据室外的温湿度工况，将室外低于机房内温度的冷风经中效过滤处理，送入空调机房内与主设备机房内的热回风混合处理后，由机房空调送入主设备机房，减少机房空调能耗。本机房按照空调回风量的5设计新风，年度可使用新风的时间约6个月的时间（室外平均气温在18以下），扣除新风机组自身的风机能耗，整个机房空调机组均可实现年度节能率约：5*6/120.82%。 4、智能群控管理，节能降耗，节电率约7以上 ：PEX机组可以实现一个机房内32套机组群控管理，实现：（1）、能效管理：根据机房负载需求自动控制空调运行数量，按需分配，减少不必要的浪费。 （2）、避免竞争运行：避免同一机房内多台空调机同时运行在制冷/加热、加湿/除湿），避免无谓的浪费，实现省电。参考天津电信在其若干机房试点的采用智能群控机房的测试对比结果，机房空调节能省电率约712，大大提高了机房内空调的利用率，减少了能源浪费。对于1个100kW空调负荷的数据中心而言，空调系统总耗电量约33kW（含冷冻主机、水泵，冷冻水机房空调等，EER约3.0核算），按照7计算，年节能电能约：33*24*365*7%=20346 kWh（度），按照每度商业电1元计，空调每年节省约2万元。5、运行维护节能（建议）：（1）调整运行的温湿度要求，节能23数据中心中空调湿度在允许的范围内，降低设定值，根据ASHRAE（美国暖通空调协会）TC99中的建议：机房内设定在回风工况24，45RH，对比回风工况24，50RH。此时，机房空调可以有效利用的显冷量可以提高约3，即机房空调可实现节省电能约3。另外，在保证机房不会出现过热的情况下，适当提高机房的回风温度，也能提高单台机房空调的制冷量和冷风利用效率，如机房温度和湿度设定在回风工况26，45RH，机房空调对比回风工况24，45，制冷量约提高23，即空调可实现节省电能2以上。（2）定期维护节能定期维护机房空调机组，清洗冷冻水管路，更换回风滤网，冷冻水主机添加润滑油和氟利昂，提高机组的运行效率，也可以实现机房空调节能约12。 14数据中心机房空调工程技术建议书 艾默生商业秘密 第四部分： Liebert.PEX冷冻水系列机房专用空调技术介绍一、Liebert.PEX冷冻水系列机房专用空调描述PEX面向全球的高端精密空调系统描述： PEX冷冻水系列机房专用空调基于艾默生全球研发平台，面向全球的高端冷冻水型精密空调产品 高可靠性、高灵活性，模块化设计 制冷量涵盖37.4kW148.2kW冷量范围，适用范围广 具有上送风、下送风等多种送风模式应用范围： 中、大型交换机房和移动机房 计算机房和数据中心（IDC） 高科技环境及实验室 工业控制室和精密加工设备 标准检测室和校准中心 UPS和电池室 生化培养室 医院和检测室优点与特点： 高可靠性、高节能性、高灵活性 可拆卸搬运的结构，100%全正面维护，节省机房占地空间 自张力调节式风机，满足不同机外余压需求 大面积V型蒸发器，快速除湿设计，确保节能 电子水流量调节装置，精确调节，保证机组最佳运行状态 独特的高效远红外加湿系统，加湿速度快，适应恶劣水质，低维护量 大屏幕全中文图形显示屏 iCOM强大的联控与通讯功能 具备标准接口，可提供多种监控方式 多台机组组网，采用能效管理模式联控，达到最佳节能效果 可选配EC风机，实现风机系统节能17数据中心机房空调工程技术建议书 艾默生商业秘密 二、PEX冷冻水系列数据下送风机组参数24DB,17.1WB, 50%RHP1030FP1040FP1050FP2050FP2070FP2090FP2100FP3110FP3140FP3150F进水温7， 出水温12总冷量kW37.440.347.163.180.289.0100.6121.8131.1148.2显冷量kW30.632.336.050.864.271.275.3100.1106.3115.2流量m3/h6.46.98.110.913.815.317.321.022.425.6压降kPa1257910583129858013599105风量m3/h8280 8280 8280 11610 16740 16740 16740 25020 25020 25920 风机数量台1112222333电加热kW6669999121212加湿量kg/h4.54.54.510101010101010满负荷电流FLAA13.113.113.123.523.523.523.528.228.228.2接管外径mm32323242424242545454机组尺寸长mm8538538531704170417041704255325532553宽mm874874874874874874874874874874高mm1970197019701970197019701970197019701970重量kg260270275480480480505730760765上送风机组参数24DB,17.1WB, 50%RHP1030UP1040UN/AP2050UP2070UP2090UN/AP3110UP3140UN/A进水温7， 出水温12总冷量kW36.841.4n/a61.178.188.1n/a118.2131.9显冷量kW30.232.849.262.270.194.0101.9流量m3/h6.47.210.513.415.120.322.7压降kPa121847812486127103风量m3/h8100 8280 11070 16020 16740 23940 23940 风机数量台11222 33电加热kW66999 1212加湿量kg/h4.54.5101010 1010加湿功率kW4.84.89.69.610 9.69.6满负荷电流FLAA13.113.123.523.524 28.228.2接管外径mm3232424242 5454机组尺寸长mm853853170417041704 25532553宽mm874874874874874 874874高mm19701970197019701970 19701970重量kg260270480480480 730760注：以上数据基于室内干球温度24，湿球温度17.1，（相对湿度50%RH），进水温度7，出水温度12工况下测定。三、PEX冷冻水系列机组的特点l 高可靠性、高节能性、高灵活性l 同等制冷量条件下，占地面积最小。侧面及背面不需要维护空间，前面只需要600mm维护空间，实现100%全正面维护。l 可拆卸后搬运，保证重新组装与整机无差别，适合特殊场地搬运（如利用小电梯或狭小通道）l 自张力调节式风机，满足不同机外余压需求，并能自动调节皮带张紧力，确保皮带没有因打滑降低效率，减小维护量，延长使用寿命l 大面积换热盘管采用高散热效率的翅片管换热器。针对具体机型对其分路进行设计和验证，保证冷冻水在每个回路分配的均匀性，极大地提高了换热器的利用率，同时最大程度的减小盘管的水阻力l 独特的高效远红外加湿系统，加湿速度快，适应恶劣水质，低维护量l 大屏幕全中文图形显示屏l iCOM强大的联控与通讯功能l 多台机组组网，采用独特的能效管理模式，达到节能效果数据中心机房工程机房空调方案书 艾默生商业秘密 20 四、PEX冷冻水机组的设计Liebert.PEX冷冻水系列空调是一种中大型的精密环境控制设备，采用中央空调冷水机组提供的冷冻水进行制冷，配有电加热和红外加湿器，具备高精度温湿度调节功能。适用于设备室或计算机房的环境控制，旨在保证精密设备诸如敏感设备、工业过程设备、通信设备和计算机等设备拥有一个合理的运行环境。PEX冷冻水系列空调系统部分包括换热器、加热器、风机系统、控制器、远红外加湿器、水流量调节阀等部件。PEX冷冻水系列空调为一体化结构，采用铜管套翅片式换热器，具有结构紧凑、高可靠性、高显热比、大风量以及水阻力小等特点，配置能适应不同水质的红外加湿器，以适应不同地区对水质的要求。 高效低维护量的远红外加湿器：加湿速度快，适应恶劣水质，低维护量。加湿器不锈钢水盘，高强度的石英灯，微电脑绝对湿度逻辑控制，5至6秒钟内即可将洁净的蒸汽微粒加入空气中。石英灯提供的辐射能，使水份在纯净状态蒸发，不含杂物。红外线加湿器备有自动供水系统，它大大减少了清理维护工作。这个系统有一个调整的过量供水器以防止矿物质沉淀，在水压为34.5至1034千帕之间，可适当地调节流量。控制阀还设有一个Y