绿色数据中心的空调选择

第四章绿色高等级数据中心的空调选择和节能方案概述4.1大型高等级(T3以上)数据中心如何选择空调方案4.1.1最新节能应用概述1.数据中心能耗现状云计算时代的数据中心，一方面要求数据中心保持高可用性特点，能高效地、安全地运营；另一方面，用户会尽可能要求数据中心降低能源消耗和运行成本；而且数据中心必须具备灵活的扩展能力，以应对多变的业务需求及未来的不确定因素。欧洲尤其注重提高数据中心能源利用效率，优化IDC功耗利用效率(PUE)，热电冷联供、冰柜供冷、机柜供冷、自然冷却、热回收技术、磁悬浮变频离心等技术的较早采用，使欧洲数据中心成为最有可能最先达到优化PUE=L.2的理想境界的数据中心。如图4-1所示。图4-1欧洲数据中心能效利用效率下面我们就欧洲的一些冷源方面的节能技术应用做一个简单的介绍。2.具有自然冷却的冷水机组数据中心通常都需要常年不间断供冷，常规的制冷系统，室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组运行也需要照常运行。当室外温度较低时，我们完全可以利用冷空气直接冷却循环冷冻水，从而在冬季减少或完全不需要开启压缩机制冷即可为空调室内机提供冷量，这种方法即为自然冷却方法(Freecooling)，有此功能的机组叫自然冷却机组。它与常规冷水机组最大的区别在于它帯有独特的凤冷自然冷却换热器，其运行优先利用天然环境的低温空气冷却循环冷冻水，可以实现无压缩机运行制冷，雅若节省压缩机的电耗。这种机组在夏季与常规空调一样，仍旧采用压缩机制冷。但是在过渡季和冬季，却能较少地消耗电能达到常规空调同样的制冷效果。在过渡季，当环境温度达到比冷冻水回水温度低两度或以上时，开启Freecooling自然冷却，利用冷空气的冷量预冷冷冻水，无需压缩机功耗；自然冷却不足部分，再由常规压缩制冷接力，从而减少了系统功耗，见图4-2。在冬季，完全靠FREECOOLING自然冷却冷却冷冻水，不需压缩机开启，只需少量风扇电耗，能效比高达20

以上，见图4-3。这样综合下来，通过自然冷却技术，在过渡季和冬季减少了压缩机工作时间和强度，有效降低了制冷功耗。跟常规的冷水机组相比，以北京纬度地区为例，常年节电达到3%～38%。

3.热回收技术利用对于大型的数据中心，数据中心机房常年需要不间断的冷源，需要冷水机组高效制冷完成。而与数据中心配套的周边办公、运维和宿舍在冬季却同时需要大量的热量来解决供暖问题。热回收技术，如图4-4所示。图4-4热回收技术在常规的设计中，供暖需要锅炉或者热泵解决，这同样需要消耗大量的能源。新的热回收技术，免费利用制冷机组在制冷时候向环境中排放的冷凝热来加热供暖系统，从而不需要锅炉或热泵系统。在冬季需要供暖时候，系统回收冷凝热来实现，多余的冷凝热，仍旧排放到环境中去。由于实现制冷机组的冷热联供，综合能效比达到9～10，这是其魅任何冷机效事所无法比拟的。采用这种热回收技术，一个数据中心的上万平方米的办公、运维和宿舍都可以实现免费供暖。热回收工作原理图如图4-5所示。图4-5热回收工作原理图4.高效磁悬浮变频离心冷水机组磁悬浮离心压缩机代表冷当今最先进的压缩机技术趋势。变频驱动的高效磁悬浮无油离心式压缩机。采用磁悬浮轴承技术，高性能脉宽调制(PWM)

永磁同步电机，其转速随负荷变化而自动调节，确保机组在各工况下始终处于最佳运行状态，使机组在满负荷及部分负荷时均能高效运行。冷热联供典型系统图如4-6所示。高效磁悬浮无油离心式压缩机如图4-7所示。无油润滑磁悬浮轴承，无任何接触摩擦，无需润滑油系统，显薯增加机组可靠性，保养简单方便，无换热器油膜热阻，可提高燕发、冷凝换热效率达15M左右，提升离心机组运行效率。内置变频器，使压缩机在部分负荷下实现变速运行，电机转速和进口导叶优化控制，从而实现部分负荷时高效运行，减低运行费用i全新的软启动功能，降低机组启动电流至2安倍，减少对电网冲击。机组具有当今最高的部分负荷效率，ESEER高达9.58，IPLV值达到10，无论在满负荷下，还是在部分负荷下，机组都有非常高的能效系数，从能实现系统节能。机组部分负荷时运行状态如图4-8所示。图4-8机组部分负荷时运行状态4.1.2

数据中心不同对空调选择和设计的影响按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。我国在2008年制定的鬣电子信息系统机房设计规范分GB50174-2008，从机房可用性角度将电子信息机房定义为A，B，C三类，其中A类要求最高。见表4-1。美国TIA942标准与UptimeInstitute的定义，将数据中心的可用性等级分为四级。见表4-2。从表4-3可以看出，两个标准对于机房的可用性定义基本一致。数据中心空调系统的要求和配置也与机房的可用性等级直接相关。在国内对数据中心环境要求最权成的标准为GB50174-20084电子信息系统机房设计规范》。标准规定了电子信息机房在不同区域的温湿度要求，主机房和辅助区采用标准规定的温湿度要求，基本的环境设计可按照标准附录A中的环境要求，参见表4-4摘录部分。而数据中心的支持区(不含UPS室)和行政管理区的温、湿度控制值应按现行国际标准GB500194采暖通风与空气调节设计规范势的相关规定。标准对不同等级的机房以及不同性质的机房的环境要求进行了划分。表4-4不同机房等级的环境要求标准《电子信息系统机房设计规范》还对机房的洁净度有要求：主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.50m的尘粒数，应小于18000粒。美国的ASHRAE(美国暖通制冷空调工程师协会)发布的《ASHRAEEnvironmental

GuidelinesforDatacomEquipment2011》也对数据中心的环境进行了详细的规定和解释。ASHRAE在2011版本中推荐的温度范围为18～27℃，相比2004版本的20～25℃要求放宽了很多。放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候，可以减少机房制冷、加热、加湿、除湿的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高PUE，并明确了温湿度要求为电子信息设备的进风口参数。见表4-5。表4-5ASHRAE对数据中心环境要求的变化在实际的机房运行过程中，机房环境的控制要求可以根据实际要求参考以上标准以及季节等因素进行区别设定，以达到降低机房能耗的要求。在特殊情况需要根据数据设备供应商的要求而定。4.1.3

数据中心的功能分区和冷量计算通常数据中心作为一幢建筑单体(如：IDC或大型企业数据中心)或某一建筑中的一部分(为多数，占公共建筑物中的一个局部区域)的形式构建。一个数据中心通常主要包括：主机房、辅助机房、支持机房和行政管理区等。各机房面积的选取应可参考GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的4.2中的规定。主机房主要用干电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。辅助区为用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。支持区是支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。行政管理区是用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盟洗室、更衣间和用户工作室等。在数据中心中，主机房一般安排在中间位置，并且尽量使主机房设计为规则的四方形。应尽量避免采用圆形、L型以及过于狭长的长方形等布局，此类数据中心不利于机房内的设备布置以及气流组织分配。4.1.4设计参数需求确定在某一时刻为保持房间具有稳定的温度、湿度，需要向房间空气中供应的冷量称为冷负荷。相反，为补偿房间失热量而需向房间供应的热量为热负荷。为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。数据中心的冷负荷可按照GB50174-20084电子信息系统机房设计规范分7.2进行设计。根据7.2.2规定，机房空调系统夏季的冷负荷应包括下列内容：①机房内设备的散热；②建筑围护结构的传热；③通过外窗进入的太阳辐射热；④人体散热；⑤照明装置散热；⑥新风负荷；⑥伴随各种散湿过程产生的潜热。其中电子信息设备和其他设备的散热量应按产品的技术数据进行计算。根据7.2.3规定，空调系统湿负荷应包括人体散湿和新风负荷。1.设备散热冷负荷机房内设备散热形成的冷负荷占到总冷负荷的主要部分，机房内设备主要包括服务器、路由器、网络设备等电子信息设备，供配电设备，均属于稳定散热。大多数设备生产厂商均能提供计算机设备的电功率及散热量，设备电功率基本全部转换为散热量，一般在97%以上。已知设备电功率，则为Qs=X1X2N式中： Qs——电子设备冷负荷，KW；X1——负荷系数，一般取值0.7～1.0计算；X2——同时使用系数，一般取值为0.8～1.0；N——电子设备电功率，kW。每台服务器在出厂时均附有一个标称额定功率，它标明了该服务器的最大使用功率，但这并不代表实际使用功率，例如曾有标称功率70OW的服务器，实测正常运行时的功耗才为300W为了了解服务器实际使用功率，往往需要利用厂商提供的功率计算器计算设备在当前配置时的功率需求。例如有服务器厂家提供在线功率计算，在输入了服务器所配置的处理器的顿率、处理器数量、内存忙容量规模与数量、PCI卡数量、硬盘容量规模与数量之后，能够自动计算出该服务器有关功耗与发热量的参考值。如果不知道设备的电功率，可以通过机房分期规划的设备功耗来估算设备的散热冷负荷。UPS设备本身也有发热量，一般大容量的UPS布置在一个独立的房间，它对室内环境的温湿度及洁净度也有一定的要求，UPS设备一般有风扇等散热装置。它的发热与其实陈功率和功率因数有关，可参照厂商提供的数据。如没有给定数值时，可按下式计算为：Q=

N(1-η)式中：Q——散热量，kw;N——实耗功率(和安装功率并不同)，Kw;η——效率，一段取0.85-0.95。2.设备散热冷负荷围护结构的得热量及其形成的冷负荷围护结构形成的冷负荷主要包括两方面：外围护结构(外墙、屋顶、架空楼板)的传热冷负荷和内维护结构(内墙、内窗、楼板)的传热冷负荷。3.设备散热冷负荷通过外窗进入的太阳辐射热及其传热形成的冷负荷通过外窗进入室内的得热量有温差传热和日照辐射两部分。传热得热形成冷负荷由室内外温差引起。日照辐射得热形成的冷负荷，因太阳辐射到窗户上时，除了一部分辐射量反射回大气之外，其中一部分能量透过玻璃以短波辐射的形式直接进入室内另一部分被玻璃吸收，提高了玻璃温度，然后再以对流和长波辐射的方式向室内外散热。4.设备散热冷负荷人体散热形成的冷负荷人体散热与性别、年龄、劳动强度、衣着及进入房间的时间有关，包括显热冷负荷和潜热冷负荷。机房内人员较少或无人值守，常常可以忽略。5.设备散热冷负荷照明散热形成的冷负荷照明设备的散热也分为对流和辐射部分，其中对流部分形成瞬时冷负荷，辐射部分先由室内表面物体吸收，再通过对流的方式形成冷负荷。6.设备散热冷负荷新风形成的冷负荷机房内要保证正压，需要不断向机房内补充新风，新风全冷负荷中分别包括显热和潜热形成的冷负荷。新风冷负荷最好设计专门的新风处理机组来处理。以上各部分冷负荷中，2～6项形成的热湿负荷占的比重比较小，约为5%～20%，部分设备发热量小的机房可能占到30yo。大部分冷负荷为机房内设备的发热造成的显热冷负荷。2～6项冷负荷具体的算法可以参考空气调节相关的规范和设计手册，或者计算软件，有比较成熟的计算方法。4.2机房空调节能考量1.设备散热冷负荷机房专用空调设备选型在对自控新风冷气机设备进行选型过程中，机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据，因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据，然后再对选定的新风设备型号进行其他次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算，可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定。2.设备散热冷负荷空调系统设计一般空调系统设计时，系依“最大负荷再加上20%～50%预留负载量”而设计；实际运行时，空调系统均并未达满负载状态，系统存有大的冗余，因此空调系统需要将不必要的冗余空调负载减供；将无效使用的进行无效能减供；有效使用大自然新风供冷的制冷能力。3.机房空调的和谐制冷设置(13种手段)

1)为了最大限度的提高容量和优化效率，设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。（工程控机房的温度要求保持在15～25℃以内工程控交换机房的温度设定为20℃，精度为1℃。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下，没有根据环境温度及设备特点作出相应的调整，室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费，也是对技术优势的浪费)。2)适当设定回风温度值。节能理论依据是，当程控机房需要降温时，空调工作在制冷状态，此时若将回风温度值设高些(在满足机房温度要求的条件下)，会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理，当程控机房需要升温时，空调工作在加热状态，此时若将回风温度值设低些，会使加热器运行时闻编短起到节能作用。3)改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式。4)通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季)。5)加强机房密封性能，夏季合理利用机房窗帘调温(经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力)。6)在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备。根据设备规格：一般每80平方米空间配置一台加湿机和除湿机，技术规格为加湿机5～9

千克/小时、除湿机3-5千克/小时。在机房相对湿度低于20%时开启加湿机，相对湿度高于80%时开启除湿机。如果机房使用单独加湿器，切勿使机房湿度值高于需求，这会导致多个制冷设备相抵触运行如果两个制冷系统回流气体温度不一致，或两个设备的湿度传感器校准不一致，或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度，另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源，而且机房管理员也不容易发现。制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决:①使用中央湿度控制；②协调制冷设备之间的湿度值；③关闭制冷系统中一个或多个加湿器；④使用浮动数值设定。确认系统设定值是否相同，校准是否相同，并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下，将浮动数值范国设定为±5℃，便可以纠正这一问题。7)机房空调联机控制。①采取空调联机控制运行的理论依据。对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时，由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗，现象是部分空调处于加热状态，而部分空调则处于降温状态；或者是部分空调处于加湿状态，而部分空调则处于除湿状态，其主要原因如下：a)空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害；b)空调设备温湿度设置的差异或异常；C)空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异。往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉，这样所帯来的电能损失是相当巨大的。以某机房所作的统计分析，从11月至2月的机房电费支出中每月近三分之一的电费是由于多台空调处于独立工作而内耗掉了。②空调内部损耗分析。假设空调Ⅰ对室内温度检测正常，而空调虹检测有1℃的偏差，两台空调设置温度为20℃，稳定状态范围在18℃～22℃，当温湿度传感器探头检测到室温高于22℃时，压缩机将启动降温，低于18℃时，加热机构则启动升温。a)O-tl段：空调Ⅰ和空调Ⅱ处于稳定状态，空调Ⅰ检测的室温为20℃，空调Ⅱ由于偏差1℃检测值在21℃，此时两空调既不加湿，也不降温。b)tl-t2段：由于机房温度的升高(或是外界环境变化，或是通信设备运行造成的升温)

空调Ⅰ和空调Ⅱ检测温度均在升高。c)t2-t3段；由于空调Ⅱ的传感器检测的温度已超过22℃(其实有1℃的偏差)，故空调Ⅱ压缩机启动，开始降温。空调Ⅰ也随之温度下降。d)t3-t4段；随着空调Ⅱ的不断降温(此时已经存在传感器偏差引起的不必要的降温了)，在空调Ⅱ达到20℃时并没有停止降温，因为空调内部设置有延时功能，仍要持续一段时间来降温，在t3时刻，空调Ⅰ的检测温度已低于18℃的临界值，故空调Ⅰ开始升温，此时间段是空调Ⅰ升温，空调Ⅱ降温，处于相互作用冲抵阶段，此时便产生严重且不必要的内部损耗。③联机控制方案，见图4-9。a)选取机房中某一台空调作为主控空调(空调Ⅰ)

b)通过主控空调来设置联机信息，包括联机数量、其他空调依次与其控制器连接。各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间。C)通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调，实现一致性的升降温和加除湿状态。d)通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行，同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作，部分空调从不工作的弊端。(8)采用计算机自动控制技术，随时根据外界因素的变化，通过对空调运行状态的判断，自动调节室内温/湿度值，使压缩机或加热工作时间减少，达到节能目的。图4-9空调监控图(9)采用水冷作为冷媒的空调或采用制冷背板液冷系统的制冷原理是，把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。形象地理解，液冷设备与精密空调的区别，就僚冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说，液冷系统将每个机柜包装成为一个“冰箱”，而精密空调则把整个机房制冷为一个“冷库”，其能耗的差别不言而喻。使用液冷系统节能的效果不仅仅在于制冷方面。“液冷系统有一个与众不同的系统，叫‘Freecooling’(自然冷却系统)。液冷系统的进水口温度需要低于15摄氏度，而当环境温度低于15摄氏度，就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体，仅仅用自然冷量制冷即可。以上海为例，每年至少有三个月的环境温度低于15摄氏度，也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”，总体而言，相对于传统制冷设备节能30%。10)针对设备比较少的机房，通过人为的控制，增加巡视次数，根据现场实际情况，灵活掌握开机数量以及开机时间。11)对机房加以改造，增加机房通风换气能力。12)适当增加机房内设备隔断，提高机房空调利用率。13)整改机房空调送风风道，使温度条件要求高的设备充分得到空调送凤，以此提高空调使用效率。表4-6机房运行环境温湿度要求参考表从表4-6中可以得知：机房专用空调和办公室空调用电量占机房总用电量的40%左右，有效的降低空调的耗电量是降低运维成本的关键。4.各地季节性温度变化情况表4-7列举了全国各城区季度平均温度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需温度进行调整。表4-8各专业主要设备温度条件要求(七)表4-8中所列举温度是该设备正常工作所需要的环境温度条件从表中可以得知，除蓄电池需要严格的温度范国(20～25℃)外，其他设备工作温度可以在15～30℃之间；从地区温度与设备工作温度范围比较可以得知：1)除去设备本身发热，外界环境一年中大多数时间基本可以满足设备工作环境要求2)由于设备本身发热和设备工作设计温度在常温(25℃)，通讯机房均装备专用空调设备来保障机房温度稳定在常温下。3)在春季和秋季室外温度接近设备工作设计温度，此时可以考虑加强机房通风来保障机房稳定的工作环境要求。4)夏季和冬季是室外温度和设备常温差距最大的时期，空调耗能最大，有效的控制这两个季节空调的使用效率将是降低机房电费成本的关键。5.各地季节性湿度变化情况表4-9列举了全国各区域季度平均湿度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需湿度进行调整；表4-10中所列举湿度是该设备正常工作所需要的环境湿度条件。从表4-10中可以得知，除了交换机(40%-65%)和蓄电池设备(40%～60%)需要较高湿度要求外，其他主要设备工作湿度满足的要求可以在20%-80%之间;从中可以得知：(1)外界环境二年中绝大多数时间可以满足主要通信设备工作环境湿度要求(20～80℃)。(2)夏季和冬季中可能出现需要空调处于加湿和除湿的情形，如果通过空调自身的加除湿功能来调节机房湿度可能会增加很大的功率损耗，并且部分机房精密空调不具备太大的调节湿度范围，此时可以考虑解除机房专用空调的加除湿功能，替代为机房增加专用加除湿设备来保障机房适当的湿度需要。4.3冷气流组织气流组织就是将空调机送出的冷风通过预定的风道、风口，按预定的风量与风速送往需要制冷的地点，再把设备产生的热空气回收到空调制冷的过程。气流组织分为3个部分：冷气产生、冷气配送、气流返回。机房内计算机设备及机架应采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式，打破常规，将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口，形成一个冷空气区一“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的“热通道”中，通过热通道上方的回风口回到空调系统，使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果。如图4-10所示：图4-10气流组织示意图4.3.1气流组织形式通常机房制冷的气流组织形式有混合制冷方式、垂直送风制冷方式和水平送风制冷方式3种。1.混合制冷方式混合制冷方式是传统机房常用的方式(俗称冰柜式制冷方式)，传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求。传统混合制冷方式布局以整个房间作为冷却对象，造成冷、热气流混流运行，即前面的机柜排出的热风很容易进入后排机柜的进风口，由于冷、热风气流混合，从而造成精密空调制冷及机柜热交换效率降低。2.垂直送风制冷方式垂直送风方式一般指下送(上送)风上回(侧回)凤方式，一般是通过送风管道或地板静压箱开口方式送风，垂直送风方式空调的可减少冷热气流混流，大大提高空调效率，降低工程造价，这种方式是机房经济实用的送风方式。3.水平送风制冷方式水平送风方式一般指靠近机柜，沿机柜面均匀水平送出冷凤，把冷气均匀地送入机柜内，采用这种送风形式可大大缩短热交换距离，提高空调效率，这是机柜较理想的送风方式。4.3.2节能措兆1.空调气流循环空调气流循环如图4-11所示。图4-11空调气流循环示意图机房空调本身的设计是送风量大，机房换气次数高(通常在30～60次/小时)，整个机房内能形成整体的气流循环，使机房内的所有设备均能得到冷却。但是某些机房的设计抹杀了这项功能，比如：机房的空调被搁置在另外一个房间，靠隔断上方的回风口，来回风或者靠天花板的微孔来回风致使空调的气流组织受阻，而制冷效果很差，并且报警次数很多，还有静电地板的高度很低，有些地方至低于25cm并且下方有很多的线梢和线缆，空调的冷风无法送达利相应的位置S有些地方的静电地板的开口数量及开口的位置不对，造成空调的气流组织不合理。上送风系统，风管的设计一定要合理，风口的数量及大小要合理，否则会影响制冷效果。节能措施如下：①如果空调是下送风上回风、下走线：地板的高度应在50～80cm。②如果空调是下送风上回风，地板下低于40cm的，将电源及综合布线系统的放在机柜上层，实行上走线模式。③如果地板无法达到标准的高度应采用强制向上排风的装置，以达到气流的正常流通和循环。④采用监控系统控制气流的循环，通过机柜内的温湿度的监控来控制风阀送风口的大小开合。2.机柜的气流组织机柜即机房，这是未来机房的发展趋势，IT微环境的变化直接关系到整个机房的安全。机柜的摆放的合理性和机柜本身的微循环的问题是目前存在的两大问题。机柜空间的合理布局对于确保机柜拥有适当温度和足够的冷空气同样非常重要。合理的机柜布局目标是控制空气循环，即避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。通过将机柜按行排列，冷热通道的技术，可以大幅降低短路循环现象，同时按照背靠背的方式布局。根据有关调查显示，大约25%的机房将每排机柜面向统一的方向。将机柜置于统一方向可能导致严重的短路循环问题，一般会出现“热点”，同时系统运行成本也将大幅提高。对于机柜朝向统一方向、且没有采用冷热通道技术的环境。调査显示大多数用户均是按照管理层指示放置的，目的是保持机房的美观。如果没有能够使用冷热通道技术，么解决这一环境中热点问题的一个有效方法是为受影响的机柜提供一个额外的制冷设备才可以解决。机柜节能措施如下：1)机柜布局。机柜按行排列，采用冷热通道的技术，背靠背布局。2)安装盲板。尽管机柜通常被认为只是一种机械支架，但它对于防止设备排除的热空气重新进入设备进气口至关重要。图4-12机柜导风板图图4-12显示了机柜在安装盲板前热空气在出风口受到轻微增压后，再加上设备进气口的吸力，导致了热空气重新吸入设备进气口的情况，即短路循环。在安装盲板后，热空气从设备排出，机柜及其盲板提供了屏障功能，截断了热空气短路循环的路径，进而降低了热空气进入进气口的可能。尽管主要的IT设备制造商均强烈建议使用盲板，但实际上90%或更高比例的机房都忽略了这一点。热空气再循环问题可能导致IT设备的温度上升8℃。安装言板是一个极其简单的过程，可以用非常低的成本应用于几乎所有的数据中心。3)使用标准宽度机柜(使用超宽机柜将可能使得热空气通过设备侧面进行短路循环)。4)使用深度扩展的机柜。5)使用螺丝固定ITT设备(使用托盘安安装IT设备会造成成相关位置盲盲板的无法安安装，从而为为热空气的短短路循环提供供了完全开放放的条件，应应尽量的避免免)。6)使用带有风扇系统统的机柜，可可将底层空气气输向机柜前前端或从机柜柜后端主动排排除热空气。如如图4-13所示。图4-13机柜气流流图7)合理的负载分布。不合理的设备安装装位置，特别别是高功率高高密度设备的的安装位置，可可能明显的增增加机房的工工作压力。当当高负载密度度、高功率服服务器被组合合成一个或多多个机柜时，便便会出现高负负载密度设备备群。这种情情况可能导致致数据机房出出现热点，并并要求操作员员采取相应措措施，如降低低空气温度设设置点等。8)冷通道封闭方案。如如图4-14所示。9）高集成度微模块块方案。采用工厂预先定制制生产，到客客户现场后进进行组装，交交付周期极其其快捷。如图图4-15所示。4.4空调分区区设计根据房间内设备和和使用功能对对温度、湿度度的要求不同同，划分为精精密空调区和和舒适性空调调区，IDC数据中心机机房、电力室室采用精密空空调系统，舒舒适性空调区区域采用风机机盘管空调。详详细分区情况况见表4-11..地体机房及大楼防防排烟系统、采采暖系统、污污水、中水、雨雨水系统均不不在此设计范范围内。4.4.1设计计参数1.室内设计参数根据TIA942标准准，环境要求求如下：温度：20～255℃（68℉～77℉）正常设置点：222℃（72℉）控制±1℃（2℉）相对湿度：40%%～50%正常设置点：455%RH控制±5%并列的冷却系统设设计和设备地地板平面设计计可以使气流流从冷却设备备以一个平行行的方向到达达机柜/机架的每一一排。根据上述要求，不不同的功能房房间有不同的的温湿度及通通风要求如表表4-12所示。4.4.2系统统要求1.T4标准对对暖通系统的的要求不应该有与数据中中心设备无关关的给水或排排水管道的路路由穿过数据据中心。经过过数据中心的的给水或排水水管道应该是是密闭的或是是有防身护套套的。级别3和4的数据中心心应该只有支支持数据中心心设备的给水水或排水管经经过计算机房房。提供计算机房内地地面排水管，用用来收集和排排出一次预先先执行释放的的喷洒水。地地面排水管应应该接收从计计算机房空调调装置来的冷冷凝排水和加加湿溢流水。2.级别4(机械的)的要求一个级别4设施的的加热、通风风和空调系统统包括多个空空调装置，用用结合的冷却却能力来维持持关键的空间间温度和相对对湿度。如果果这些空调装装置是由一个个水侧阻热系系统服务的，例例如：一个冷冷却水或冷凝凝水系统，这这些系统的组组件大小是同同样能满足设设计条件，用用一个配电盘盘远离服务。可可以通过供应应两个电源给给每一个空调调装置，或将将空调设备分分配给多个电电源来获得冗冗余水平。管管道系统或系系统都是双路路径的，在管管道断面发生生故障或维护护时不会导致致空调系统的的中断。当蒸蒸汽系统被用用于级别4系统时，要要考虑可选择择的水储藏办办法。4.5室外冷源系系统4.5.l

节能能篇：冷却方方式分析近些年来，社会都都致力于建设设新的数据中中心，并通过过设施的整合合，来实现绿绿色数据中心心的目标。邪邪如何高效的的运营和管理理数据中心并并达到真正的的绿色，及迅迅速适应企业业业务发展将将更具有挑战战。而通过优优化的选址、虚虚拟化资源整整合、自动化化远程管理、以以及能源管理理等新技术的的采用，解决决目前数据中中心普遍存在在的高耗能、资资源浪费严重重方面的问题题也迫在眉睫睫。针对制冷冷系统来讲，一一些主要组件件及系统设计计也可以应用用一些绿色方方法。其中包包括设施单位位所维护及主主要位于主机机空间之外的的机械基础架架构元件。减减少最耗能组组件的运行时时间是一个很很好实现数据据中心制冷系系统绿色的方方法。这可以以通过节能装装置实现，当当温度和湿度度达到一定条条件时，节能能装置可以利利用外部条件件冷却数据中中心，而不需需要运行冷却却装置。这是是最直接，最最能大幅度降降低能耗减少少空气污染的的方法之一。表4-14风冷水冷冷比较4.5.2节能能篇：冷却方方式的确定精密空调专门为大大型服务器及及计算机提供供稳定的工作作环境。常用用3种冷凝工作作方式，一般般来说大型机机房采用冷冻冻水型的精密密空调的综合合优势较明显显。从表4-14可以看出出，3000平方米以上上数据中心采采用水冷系统统是最合适的的。4.5.3冷却方方式的对比采用风冷型或是水水冷型冷水机机组的合理性性论证有如下下几点：1.制冷系统比较风冷模块冷水系统统(以下简称风风-水系统)由多个小的的风冷模块组组成，每个系系统都是双机机系统，如果果有某个压缩缩机故障或维维修都不影响响空调系统运运行，无需备备用机组，即即使备用1～2

台机组，费费用也不多，节节省初期投资资；而水冷型型冷水机组(以下简称水水一水系统)通常只有组组才可保证系系统无故障运运行，投资费费用较大。2.启动电流比较风-水系统由于每个机机组容量较小小，系统运行行时可顺序启启动，避免对对电网造成冲冲击水-水系统启动动电流很高，对对电网造成冲冲击，并且启启动前需要长长时间预热才才能正常使用用。3.系统结构比较风-水系统无需专用机机房，省去占占地面积。室室外机采用的的是冷媒与空空气换热，不不但减少了一一套冷却水系系统，省掉一一部分初期投投资和很大一一部分日后的的运行、维护护及保养费用用，而且没有有冷却塔的水水雾飘散，整整个系统只需需配备一套闭闭式水循环系系统，水-水系统需要要专用机房，占占地面积很大大，冷却系统统还要在楼顶顶或室外放置置冷却塔，配配置两套水路路(冷却及冷冻冻水管道)，相应水泵泵、阀门增加加，且整个系系统运行期间间，须有专业业人员全天值值班巡査，增增加人力投资资。冷却塔年年耗水量很大大。4.操作控制比较风-水系统一健全自动动控制，水--水系统机组组、水泵、阀阀门、冷却塔塔、板换等都都是独立控制制，开机运行行、阀门转换换有复杂的操操作及检查程程序，操控复复杂，需要做做专业的PLC控制系统。5、维护费用的比较较风-水系统只需要对机机组本身进行行维护水一水水系统不仅要要对机组进行行维护，对冷冷却设施也需需要很多的维维护，其中冷冷却塔的维护护费用尤为多多，例如风机机电机轴承的的更换、水泵泵的轴瓦、轴轴套的更换、冷冷却塔的冲洗洗等等。阀门门及各冷却系系统之间控制制、维护也较较为繁琐。6.初期投资比较风-水系统所需的附属属设施为：机机组、冷冻水水泵、集水器器、分水器而而水-水冷水机组组所需的设施施为：专用机机房、冷却塔塔、冷却水泵泵、冷冻水泵泵、集水器、分分水器、板式式换热器。风风冷机组价格格相对高一些些，从中可以以得出，两个个都和初期投投资相当。7.可扩展性比较计算机技术的更新新期为2～5年，故冷却却系统需要有有扩展的能力力以适应负荷荷增加，风--水系统放置于楼顶顶、屋面，后后期仍有增容容的空间1水一水系统统机机组安装装于冷冻站内内，无增容空空间以应对未未来。8.可靠性比较以xxLDC为例，选选用四用一备备的冷水机组组，每套冷水水机组均为双双机系统，即即对系统做了了双重保险达达到了T4的要求1水一水系统统虽也可做到到两个冷站的的机组互为备备份，但付出出的代价投资资及运行操作作也是较为繁繁琐复杂的。综上所述，选用风风冷自然冷却却冷水系统更更适用于北方方大型数据中中心。4.5.4数据中中心能耗现状状云计算时代的数据据中心，一方方面要求数据据中心保持高高可用性特点点能高效地、安安全地运营；；另一方面，用用户会尽可能能要求数据中中心降低能源源消耗和运行行成本1而且数据中中心必须具备备灵活的扩展展能力，以应应对多变的业业务需求及未未来的不确定定因素。而根据最新统计，机机房空调系统统占总个数据据中心的电耗耗比例达到近近45%左右，其中中冷源部分占占到2/3。绿色数据据中心的构建建，机房空调调的节能解决决方案成了重重中之重，并并刻不容缓。数据中心通常都需需要常年不间间断供冷，常常规的制冷系系统，室外温温度即使是低低于或远低于于其循环冷冻冻水温的情况况下冷水机组组运行也需要要照常运行。当当室外温度较较低时，我们们完全可以利利用冷空气直直接冷却循环环冷冻水，从从而在冬季减减少或完全不不需要开启压压缩机制冷即即可为空调室室内机提供冷冷量，冬季利利用室外冷源源方式总体来来说分两种：：一种为直接接引入室外新新风，第二种种为采用冷水水作为载体冷冷却；前者带来后后果是需要大大量的加湿量量，其耗电量量较大，同时时还需对室外外空气加热达达到送风温度度，也需耗能能。过滤网更更换频繁，维维护量很大等等诸多弊端后后者在机房应应用中采用乙乙二醇系统较较为广泛，以以此为分析基基础。后者称之为自然冷冷却方法(Freeccoolinng)

，有此功能的的机组叫自然然冷却机组。乙乙二醇自然冷冷却系统其工工作原理是：：在蒸发器上上端增加一组组经济盘管，乙乙二醇系统为为全封闭系统统，乙二醇溶溶液为20%～70%，并且不需需要更换。乙乙二醇溶液循循环由乙二醇醇溶液泵为动动力来实现流流动。这一系系统利用的是是乙二醇溶液液随浓度的增增加其冰点降降低的原理，使使用大自然提提供的冷源实实现制冷节能能。在利用室室外冷量给机机房供冷的过过程中，冷空空气要与乙二二醇进行热交交换，乙二醇醇再与混合空空气进行热交交换，它与常常规冷水机组组最大的区别别在于它带有有独特的风冷冷自然冷却换换热器，其运运行优先利用用天然环境的的低温空气冷冷却循环冷冻冻水，可以实实现无压缩机机运行制冷，显显节省压缩机机的电耗。如如图4-16所示。这种机组在夏季与与常规空调一一样，仍旧采采用压缩机制制冷。但是在在过渡季和冬冬季，却能较较少地消耗电电能达到常规规空调同样的的制冷效果。在过渡季，当环境境温度达到比比冷冻水回水水温度低两度度或以上时，开开启Freeccoolinng自然冷却，利利用冷空气的的冷量顶冷冷冷冻水，无需需压缩机功耗耗自然冷却不不足部分，再再由常规压缩缩制冷接力，从从而减少了系系统功耗。在冬季，低于回水水温度十度后后，完全靠Freeccoolinng自然冷却冷冷却冷冻水，不不需压缩机开开启，只需少少量风扇电耗耗，能效比高高达20以上。这样综合下来，通通过自然冷却却技术，在过过渡季和冬季季减少了压缩缩机工作时间间和强度，有有效降低了制制冷功耗。跟跟常规的冷水水机组相比，以以廊坊纬度地地区为例，常常年节电达到到38%。4.6供、回水温温度和管路设设计常规冷水系统的冷冷冻水供、回回温度一般为为7～12℃，作为数据据中心常年需需要散热，可可选择设计梢梢高的温度范范国机组。较较高的水温不不去湿但能提提供足够的冷冷量，具有很很大的节能潜潜力，缺点就就是流量较大大导致管径与与水泵规格较较大，但相比比来讲利大于于弊。数据通通信设备适用用的冷水供水水温度通常为为4～16℃，推荐10℃的水。么采采用这样的温温度的冷水系系统运行费用用较低，也节节省7能源消耗。凤凤冷自然冷却却系统运行工工况：环境温温度35℃，冷冻水进进出口温度12～18℃。如图4-17所示。1)根据负荷要求可得得出所需水流流量的最小值值。4)水泵的选择。水泵的选择遵循原原则为一是选选用多台水泵泵时，要考虑虑流量的衰减减，一般附加加5%～10%的裕量；二是水泵并并联不宜超过过3台，即进行行制冷主机选选择时也不宜宜超过三台。一一般，冷冻水水泵选取，以以保证系统可可靠的补水。冷冻水泵是在冷冻冻水环路中驱驱动永进行循循环流动的装装置。我们知知道，空调房房间内的末端端(如风机盘管管，空气处理理机组等)需要冷水机机组提供的冷冷水，但是冷冷冻水由于阻阻力的限制不不会自然流动动，这就需要要水泵驱动冷冷冻水进行循循环以达到换换热的目的。5)分水器和集水器的的选择。为了利于咨空调系系统分区流量量分配和调节节灵活方便，一一般在水管系系统的供、回回水干管上分分别设置分水水器和集水器器，再分别连连接各空调分分区的供水管管和回水管，在在一定程度上上也起到均压压作用。选择择的原则为保保证总水量通通过分水器或或集水器时的的流速大致控控制为1.m/s1.5m//s工程上接经经验偕算法来来确定管径，即D=l.5～3.Odmax，其中dmax为支管中的最大管径。分水器和集水器底部应设有排污管接日。6)膨胀水箱与气压罐罐装置。7)膨胀水箱的选择。膨胀水箱可以容纳纳系统中水受受热膨胀后多多余的体积，解解决系统的定定压问题，向向系统补水。其其安装高度至至少高出系统统最高点0.m(通常取1.00～1.5m)。其容积由由系统中水容容量和最大的的水温变化幅幅度决定。由由下式确定：：VP=αxΔtxVs((m³/h)α为水的体积积膨胀系数，一一般以0.00006L/℃；Δt为系统最大大的水温变化化值，Vs为系统内的的水容量。8)气压罐装置。不但能解决系统中中水体积的膨膨胀问题，而而且可实现对对系统进行稳稳压、自动补补水、自动排排气、自动泄泄水和自动过过压保护等功功能。9)自动排气阀。水系统管道中如有有空气，将会会出现水量不不足等问题影影响系统正常常工作，因而而需要自动排排气阀排出系系统的空气。10)阀门。阀门的作用是接通通、切断和调调节水或其他他液体的流量量。空调系统统中常用的阀阀门形式有截截止阀、闸阀阀、蝶阀、止止回阀、调节节阀、安全阀阀以及凝结水水用疏水器。在在冷冻水系统统管道中，≤≤DN40采用截止阀阀，≥DN50采用蝶阀，＞＞DN100的止回阀用用消声止回阀阀。风机盘管管及空调室内内机组的进水水管上均加闸闸阀和过滤器器，回水管上上均加电动两两通阀和手动动调节阀。11)软化水处理理设备。当工程所在地水质质较硬或是系系统较大的时时候，容易使使系统的管路路结垢，该空空调系统必须须配置水软化化装置，一般般选用全自动动软化水装置置i它一般是通通过钠离子交交换的方法除除去水中的钙钙镁等离子，达达到软化水的的目的。此项项目采用自动动软化水处理理设备。12)过滤器。过滤器是输送介质质的管道上不不可缺少的一一种装置，通通常安装在减减压阀、泄压压阀、定水位位阀或其地设设备的进口端端，用来消除除介质中的杂杂质，以保护护阀门及设备备的正常使用用。目前常用用的水过滤装装置有金属网网状、尼龙网网状过滤器，Y型管道式过过滤器，角通通式和直通式式除污器等。一一般安装Y型过滤器的的比较多。13)压力表：测测试水系统压压力，位于水水泵的进出水水端和过滤器器的进出水端端。14)温度计：测测试水系统温温度，位于水水泵的进出水水端、主机、换换热器、末端端、分集水器器上。15)水管。根据T4标准要求，无关水水管不得穿过过数据中心，xx基地建筑设设计有夹层专专用于敷设管管道、线描等等。4.6.1冷冻水水管系统设计计1.敷设形式冷冻水管道的敷设设方式有异程程式、同程式式、环形管路路式。1)异程式：用于连接接点数较少的的场合，若连连接点数较多多，可能需要要大量的平衡衡阀来保证系系统正常运行行，这是因为为对于给定的的负荷，供、回回水管路的长长度是变化的的。其优点是是费用最低，管管道、阀门与与配件较少操操作与理解容容易。缺点为为只有一个冷冷源，可靠性性最差，对于于负荷无管路路冗余，可能能需另加平衡衡阀。2)同程式：主要是使使回水管流动动平行于为建建筑物内各负负荷提供流量量的供水管的的流动，这样样使任一给定定负荷的供、回回水综合长度度接近相等，也也就建立了一一个称之为“自平衡”的系统。其其优点是操作作与理解容易易，具有自平平衡性。缺点点是费用较异异程系统稍贵贵。3)环形管路；这种管管路构架普遍遍应用于以冷冷水系统为基基础的风冷型型机组。干管管回路系统是是个封闭回路路，在各点上上开口为负荷荷提供制冷服服务。从冷源源开始，回路路中的液体可可以向两个方方向流动，可可进行维护或或检修。其优优点是具有自自平衡性，由由子有两条管管路通向负荷荷，故较同程程与异程系统统増加了系统统的可靠性i每一管段和和未来的设备备可在系统不不停运的情况况下进行维修修。缺点是增增加了复杂性性和理解的内内容及系统费费用。根据上述几种方式式的论述，我我们可以确定定一种比较安安全可靠的接接管方式、在在大型的数据据中心水管道道设计中，往往往垂直管路路做同程式，水水平管路做环环形管路。同同时有两个或或以上的垂直直干管接人不不同层于末端端设备供水，使使得整个水管管路系统得到到双重保障。2.管路材质低压系统中，≤DDN50采用焊接钢钢管，＞DN50用无缝钢管管，高压系统统可一律采用用无缝钢管。空空调冷水管、凝凝水管保温材材料采用难燃燃B1级柔性泡沫沫橡塑保温管管套，保温厚厚度为：管径径小于DN50为20mm；管径大于DN50为30mm；阀门及异形形管件要用异异形管売保温温。4.6.2应急措措兆数据中心设计主要要体现在绿色色、环保、节节能、可靠、安安全。前面我我们论述了绿绿色、环保、节节能。么最重重要的是要保保证数据中心心运行的安全全可靠性。在在遇到紧急或或断电状况下下仍能保证数数据中心的正正常运行。前前面我们从水水管路设计方方面考虑了安安全可靠性保保证供水的不不间断性，以以及系统的N+1备份运行和和机组双系统统，以下还有有几点从设计计方案中可以以体现。1)设计蓄冷罐，其作作用在于当系系统断电时，仍仍可保证水冷冷管道中有足足够15min应急水可满满足在柴油发发电机启动期期间的运行所所需。2)由分、集水器之间间的自力式压压差控制阀控控制系统的压压差，使供、回回水管的压差差处于设定值值。保证系统统正常。3)在数据中心地板下下，空调附近近均设计150mm档水坝，其其作用在于当当发生末端水水管漏水可阻阻档水流入机机房内部地板板下。同时在在挡水坝内安安装侧壁式地地漏排走漏水水。同时在环环形管路中引引两路泄水管管至附近的管管井至一层集集水坑，用于于当环管路需需要维护、清清洗时泄走管管路中多余水水量。有可能能性的情况下下，在水管附附近制作水沟沟、水槽等有有效的排水措措施。蓄冷罐罐及阀门如图图4-18

所示。图4-18蓄冷罐及及阀门4.7

室内精密密恒温恒湿空空调系统4.7.1机房房空调系统特特点数据中心的空调系系统，与IT系统、供配配电系统、网网络系统处于于同等重要的的地位。该系系统的可靠性性主要体现在在以下几个方方面：①空调送风的焓差小小而风量大。②气流组织以自下而而上的送回风风方式效果好好。③温湿度、洁净度要要求严格。④较长时间的运行周周期。⑤设备的升级和扩充充。⑥机房设备投入使用用后，或多或或少会进行更更新和扩充。机机房的空调设设备选型，宜宜留适量的备备用负荷，一一般应留有15yo～20yo的余量，以以适应对这些些小范围改造造或扩充，满满足未来8～10

年业务数据据处理的需要要。机房空调调结构和产品品图示如图4-19所示。图4-19机房空调调结构和产品品图示4.7.2机房空空调原理空调设备是一种人人为的空气调调节装置，它它可以对房间间进行降温、减减湿、加热、加加湿、通风、净净化等调节过过程，利用它它可以调节室室内的温度、湿湿度、气流速速度、洁净度度等参数指标标，从而使人人们获得新鲜鲜而舒适的空空气环境。随随着应用领域域的不同，空空气参数的设设定也会有所所不同。机房空调机组性能能需满足机房房温度、湿度度、气流、洁洁净度的要求求，是数据中中心空调系统统的核心设备备，提供制冷冷、加热、加加湿、除湿、送送风、过滤等等功能。1.机房温度控制空调系统的温度调调节功能主要要靠制冷循环环系统实现。制制冷循环系统统有4个基本部件件组成：压缩缩机、冷凝器器、膨胀阀、蒸蒸发器。由管管道将4部分连接成成的密闸系统统，制冷剂在在这个密闭的的系统中不断断循环流动，发发生相态的变变化，与周围围环境进行热热交换，从而而达到制冷的的目的。空调调设备制冷系系统原理图如如图4-20所示。1)压缩机：制冷循环环的核心，是是制冷剂在系系统内循环的的动力装置，使使蒸发器中的的制冷剂保持低压，冷凝器中中制冷剂维持持高温高压。2)冷凝器：在冷凝介介质的作用F，使压缩机机排出的过热热饱和蒸汽冷冷凝为液态。3)膨胀阀：制冷剂循循环流量的调调节装置，它它对高压液态态制冷剂节流流降压，使进进入蒸发器的的制冷剂在要要求的低压下下吸热蒸发。同同时根据被冷冷却介质的热热负荷变化自自动调节进入入蒸发器的制制冷剂的流量量。4)蒸发器：经节流后后的液态制冷冷剂在蒸发器器中吸热汽化化，使被冷却却物质降温，实实现制冷的目目的。5)制冷剂：它是在制制冷系统中不不断循环并通通过其本身的的状态变化以以实现制冷的的流体介质。制制冷剂在蒸发发器内吸收被被冷却介所(水或空气等)的热量而汽汽化，经压缩缩机压缩而变变为高温高压压的气体，在在冷凝器中将将热量传递给给周国空气或或水而冷凝。目目前空调机组组最常用的制制冷剂为R22，可以在同同样的制冷系系统中取代R22的更环保的的制冷剂是R407C。R407C对臭氧层没没有破坏作用用，但仍然是是温室气体，仅仅仅是一种过过渡型制冷剂剂。目前还没没有完美替代代R22的制冷剂。当当采用R407C制冷剂时需需要注意室外外机配置，由由于R407C的特性和R22有所不同，一一般需要重新新匹配较大散散热量的室外外机。图4-20空调设备备制冷系统原原理图制冷的具体过程为为：液态制冷冷剂在蒸发器器吸收房间空空气中的热量量由液态变成成气态，其温温度压力均不不变化，而房房间内的空气气由于热量被被帯走，温度度下降。液态态制冷剂在室室内被汽化后后，被压缩机机吸入压缩成成高压、高温温的蒸汽，然然后进入冷凝凝器，高温高高压的气体制制冷剂在冷凝凝器中与室外外空气进行热热交换，被冷冷却成中温高高压的液体。此此中温高压液液体在经节流流装置节流以以后变为低压压、低温的液液态制冷剂，再再次进入蒸发发器吸热汽化化，从而起到到循环的目的的。当需要加热时，机机房空调一般般采用电加热热器，使房间间的空气升温温。从加热方方式来看，主主要为电加热热，采用不锈锈钢加热器或或正温度系数数(PTC)加热器。2.机房湿度控制机房内的除湿也依依靠制冷循环环来实现，在在制冷过程中中，我们可以以控制蒸发器器表面的温度度低于被冷却却的室内空气气露点温度，凝凝结水不断从从蒸发器表面面流出，达到到除湿的目的的。机房内湿度过低时时依靠加湿器器加湿，加湿湿器把水汽化化为纯净的水水蒸气，通过过送风系统把把水蒸气送入入机房，达到到加湿的目的的。目前机房常用的加加湿方式主要要有红外坳n湿、电极式式加湿。3.机房洁净度控制机房洁净度的控制制要从两个方方面着手：保保持机房正压压和空气过滤滤。机房正压压通过送人新新风和机房密密封，使漏风风量小于新风风量来实现。通通过空调机组组回风口设的的过滤器，可可以过滤空气气的灰尘和杂杂质，通过选选配不同过滤滤等级的过滤滤器就可以达达到控制房间间内空气洁净净度的目的。为为保证机房的的洁净度，过过滤器一般为为初效或中效效过滤器。新新风系统，需需要采用多级级过滤(最后一级为为亚高效)，使处理后后的新风洁净净度优于机房房的洁净度。以上各部分组合起起来，通过控控制系统组成成一个有机的的整体，就构构成了空调机机组。机房空调机组按送送风方式分为为下送风机组组、上送风机机组，按是否否自带冷源方方式分为直接接膨胀(DX)式机组和通通冷水型(CW)机组，DX机组自身具具有制冷系统统，CW机组自身不不带制冷系统统，需要利用用冷水机组提提供的低温冷冷水提供冷源源。直接膨胀胀式机组按冷冷凝器冷却方方式不同又分分为风冷机组组、水冷机组组、乙二醇冷冷机组等，近近年来随着机机，房对空调调要求等级逐逐渐提高，还还出现了双冷冷源机组，即即一台空调机机组内包括DX和CW两种制冷单单元，可以互互为备份自动动切换。4.7.3机房加加温系统大多专用空调机房房本身白带加加湿系统，通通常是电极式式加湿方式，可可解决机房内内恒温恒湿的的要求，但耗耗电量较高，以以此项目一个个模块为例来来讲，每个模模块所需新风风量为3500m³³/h，所需加湿湿量为35kg//h，考虑冗余余及损耗，总总加湿量为40kg//h，若采用机机房争用空调调所需加湿量量一段用电量量约为30kw，但我们采采用单独的机机房专用湿膜膜加湿柜机，电电量即可大大大降低。可选选择单台加湿湿量15～20kg//h的奥特思普普加湿柜机共共两台，每台台用电量80OW，共需耗电1.6kW，远远低于于传统加湿形形式。加湿柜柜机可远提供供R8485接口，远程程监控，调节节范围0%～99%。4.7.4机房精精密空调运行行方式为确保机房运行的的安全可靠性性，及机房内内的设备需连连续运行，工工作时间长的的特点，机房房精密空调在在原有大楼空空调系统运行行情况下，仍仍采用N+1备份运行方方式，在一台台设备发生故故障的时候都都可以启用备备机运行，确确保室内温、湿湿度等环境要要求。设计满满足满负荷常常年连续运转转，具有极高高的可靠性。4.7.5其他水水管安装加湿系统上水管由由无负压变频频供水设备直直接供水F由管道井至至每层模块。水水源处安装一一套软化水装装置。空调冷凝水管均由由管道井至市市政废水管排排至室外。空调水系统的高点点均设自动排排气阀，管道道坡向排气口口，空调水管管坡度0.003。最低点设设泄水阀。空空调凝水管坡坡向排水口，坡坡度0.005屋顶水做电电伴热保温处处理。所有水管均做保温温处理。冷冻水管、加湿水水管、冷凝水水管、泄水管管等水管均做做相应的密封封处理和相应应的应急措施施，漏水率低低，安全可靠靠性高。4.

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选择机机房空调的制制冷类型和送送风方式关于数据中心的制制冷及气流组组织管理的问问题，我们首首先需要探讨讨一下数据中中心的发展趋趋势。目前有有两个显的发发展趋势，一一个是高密度度的趋势，一一个是高能效效的需求。尤尤其是在虚拟拟技术应用之之后，CPU的使用率，包包括硬件的使使用率都有一一个很大提高高，更小更快快的网络交换换机就被应用用到越来越小小的空间里，所所以导致高密密度的发展趋趋势。而高密密度的发展趋趋势也是进一一步使数据中中心的能耗有有很大的提升升，在美国有有这样的调査査，三年能耗耗成本等同于于购买设备的的成本，而且且这种发展趋趋势还会在未未来每年以50%的发展速度度在继续。用用户们可能更更多要求高能能效的运行设设备来节省运运行的能源消消耗。现在数据中心对于于制冷系统的的要求可能有有几项，当然然最关键就是是最基本的要要求有极高的的稳定性，保保证设备稳定定运行。在这这个基础上，应应该能够提供供一定的制冷冷能力，对于于一些高密度度的机柜能够够提供一定的的制冷能力，可可能还有一些些智能化、一一体化监控的的需求，能够够应用一些节节能环保的技技术也是符合合现在的发展展趋势，最终终可能是要求求一个经济化化的成本的最最小化，当然然要求一个投投资和回报的的比例达到最最优化的数值值上。既然现在数据中心心对于制冷有有这么多的要要求，什么样样的制冷方式式最符合我们们的需求呢？？而且在选择择制冷方式之之后选择什么么样的组织可可以达到最大大的作用呢7并不是说哪哪一种制冷方方式最优或者者最全面，每每一种制冷方方式都有自己己适用范围和和特点，当然然有一些局限限的地方，所所以我们在做做选择之前肯肯定要把每一一种制冷方式式的特点能够够更清楚，更更了解，才能能更明智地选选择。4.8.1DXX直膨风冷型型机房制冷里面的风风冷型是应用用广泛的。这这种类型的优优点是结构简简单，安装施施工比较方便便，所以成本本相对低一些些，而且设备备运行的独立立性比较强。买买了一个室内内机、室外机机管路连接好好就可以运行行了，不需要要其他辅助系系统，这是说说独立性比较较强，一般客客户没有太多多的特殊要求求的时候会先先推荐这种方方式。但是这这种方式也有有其局限性，就就是对于室外外机的安装有有一些要求，接接管长度小于于70米。当室内内机低于室外外机小于30米或者是高高于室外机小小于5米。这个制制冷回路比较较长，所以需需要加装很多多措施，因为为这里面空调调在使用中有有50%以上发生故故障的情况并并不是因为本本身质量有什什么问题，而而是性能上设设计上有缺陷陷，而安装中中没有选择最最合理的安装装方式，或者者是安装工程程质量不合格格导致的，所所以这里面可可能对安装多多说一些。即即使客户的安安装条件满足足了，满足了了60米、30米、5米的极限要要求，管路比比较长的时候候还要做一些些措施。比如如加个热强风风的装置，不不让高低压差差过高。如果果管路超过30米加一个储储液罐和单向向阀，一旦停机的话话制冷机会残残留很多，如如果没有这个个装置的话会会有液挤的情情况，对压缩缩机有很多影影响。这样可可以把制冷机机、润滑油收收到储液罐，有有利于回到压压缩机里面来来。如果管路路过长，就得得把冷凝器的的型号适当放放大，因为管管道过长延长长阻力比较大大，这样换热热效果会打折折，造成一定定的损失，如如果还应用原原来配的冷凝凝器，可能制制冷效果不一一定会保证，所所以要放大一一点冷凝器的的型号。在上上升管里面，润润滑油跟制冷冷剂是一起被被压出压缩机机之外，能不不能顺利回去去呢？关键问题正正常回去才能能保证压缩机机不缺乏润滑滑液，不产生生干烧的问题题，所以加了了之后就减少少了上升的阻阻力，在定的的阶段之内能能够顺利回到到压缩机里面面来。如果管管路过长，管管路还要适当当放大一两个个型号，如果果不放大型号号，管路过长长，制冷剂的的流速越来越越快，压力非非常大，很大大程度会影响响换热能力和和制冷效果，但但是又不能无无限放大管路路。因为管路路放得过粗的的时候，流速速会比较慢，流流速慢，就会会使得带油能能力降低，如如果来说在水水平管路高于于2.5米/秒，上升管管路需要达到到5米/秒，这样才才能把润滑油油带过来。4.8.2DX水水冷型如果室外机和室内内机超长距离离，么安装方方式可能会推推荐水冷型，通通过泵的控制制使得换热设设备不受距离离的限制，这这里可以看到到冷凝器是用用水换热，这这个水又是由由冷却水塔和和水泵供应的的冷却水，水水塔可以安放放得很高，管管路很长也没没有问题，只只要选择比较较合理扬程的的水泵。这种种存在二次换换热，系统复复杂了一些，需需要额外的冷冷却水系统，所所以相对于风风冷型来说，如如果其他情况况一样，成本本可能稍高。这这种方式主要要应用在不能能满足风冷型型安装表现的的机房里面，可可能客户不愿愿意为这个机机房单独提供供冷却水塔和和水泵，而且且条件又不满满足风冷并北北方，就推荐荐使用乙二醇醇冷却型干冷冷器。溶液这这次不是水，而而是乙二醇水水溶液，直接接进行冷凝的的过程。乙二二醇冷却型还还有一个比较较大的特点就就是可以在冬冬季低温的地地方进行运行行，因为东北北冬天的温度度很低，如果果还是用水溶溶液进行冷却却，冬天一旦旦水不流动，可可能会冻住。加加了乙二醇之之后凝固点下下降，因为乙乙二醇可以跟跟水以任何比比例混合，混混合之后凝固固点会降低，溶溶液浓度达到到68%的时候，凝凝固点降到零零下68℃，这是最低低的，如果再再加溶液的话话，凝固点反反而会升高。应应用多大浓度度的乙二醇，要要根据当地情情况和投资分分配来决定。4.8.3乙二醇醇自然冷却型型在北方地区冬季，还还有一种较为为节能方式是是乙二醇自然然冷却型。这这种方式是节节能技术比较较先进的类型型，因为这里里加了节能的的组件，节能能效果比较明明显。这个节节能组件夏天天跟正常水冷冷的运行模式式是一样的，但但是在秋冬季季节或者温度度比较低的时时候，节能组组件会把阀门门打开，冷却却水直接进入入冷冻阀，压压缩机不运行行，所以起到到很大的节能能作用。这种种方式实际上上节能效果真真的挺明显的的，因为室外外温度保持在在10艺左右，节节能达到30%，如果室外外温度5℃左右，节能能达到70%。这种也是是受地域限制制，并不是所所有地方适合合用这种方式式，一般北方方地区这种方方式比较好，节节能效果非常常明显。在中中原地区基本本上用这种方方式跟普通用用水冷型能耗耗差不多，在在南方地区能能耗反而有所所增加，所以以这种方式也也是根据地域域特点来选择择的，而且投投资比较大，因因为增加了很很多节能的组组件，所以成成本比较高，要要看一下成本本和回报是否否有比较好的的比例才能决决定用不用这这种方式。在国内，运营商已已经开展这类类采购使用近近八年时间，节节能的措施做做得非常好，这这里应用了乙乙二醇的自然然冷却型的冷冷却方式，再再加上确实做做了其他的节节能，比如用用了一些高效效的模块化UPS，加入地板板下加装一些些风机强制通通风。这个POE可以做到1.25，最大的贡贡献就是乙二二醇的自然冷冷却。4.8.4冷冻水水型在大型IDC，尤尤其超过3000平方米IDC，冷冻水型型是几种制冷冷方式里面最最经济节能简简单的一种，它它可以充分利利用中央空调调冷冻水来节节约运行费用用，当然是要要求大楼里面面有中央空调调的系统，结结构是很简单单的，所以造造价也是最低低的。并不是是所有的地方方都能够供冷冷水，或者说说有些地方大大楼有冷冻水水，冬天的时时候冷水机可可能用来制热热，因为大部部分地方都是是为人服务的的，冬天一定定制热，就没没有冷冻水了了，这时可以以用双冷源型型。4.8.5双冷冷源型为提高可靠性，可可以采用该形形式。双冷源源型就是把双双冷源的形式式，有冷冻水水的时候就用用冷冻水制冷冷，这个时候候压缩机不用用运转，功耗耗很低。如果果冷冻水不足足的话，就用用精密空调，这这样可以提高高运行的可靠靠性。但是它它要求中央冷冷冻水和精密密空调要有能能够进行切换换的措施，因因为是双冷源源，所以相当当于双系统，所所以结构稍微微复杂一些，成成本也稍微高高一些。上面讲的是几种最最基本的方式式，这些方式式实际还是一一旬话，不是是哪一种方式式最优最好，一一定是选一种种最适合的，这这就要看数据据中心或者机机房的基本条条件是什么样样的，客户对对他的需求有有多大，还要要看投资有多多少。4.8.6比较较常见的气流流组织形式1.风帽上送风这是最简单的一个个上送风，直直接在空调机机上面加了凤凤帽，这种施施工非常简单单，当然造价价非常低，映映点是送风距距离比较短，只只能应用小型型机房，而且且温度场很不不好。我们知知道冷空气和和热空气的密密度是有差别别的，一段来来说冷空气的的密度一定比比热空气高一一些，如果在在上面送了冷冷风，在下降降的过程中对对设备有制冷冷作用，这个个时演空气一一点点升高，他他自己气流自自然的规律就就是想往上走走，可是还要要冷却其他的的设备，所以以温度场比较较乱，不是很很均匀。还有有一点求噪音音比较大，因因为直接开放放式的送风，可可能会听到机机房里送风的的声音，所以以噪音比较大大。2.稍微优异一点的上上送风，但是是加装了送风风口和风道这样送风比较远，比比较均匀，工工程比较复杂杂，所以造价价比较高一些些，而且风道道比较长的时时候往往要选选择比较大的的风机，不然然可能送不了了这么远。它它的缺点一是是增加了投资资的成本，二二是运行起来来的能耗会増増加，所以会会増加一些资资金的投入，同同样从气道里里送风出来有有很大的噪音音。这种一般般花大型机房房里还是有应应用的，因为为这个机房没没有高架地板板，所以只有有选择上送风风的方式。这这里需要注意意一点，因为为这种方式机机房的层高要要足够，因为为本身风道有有500mm这么高，如如果说机房层层高不够，气气流一定不是是很通畅，循循环不是很顺顺畅的话，制制冷效果会受受到很大的影影响。3.地板下送风地板下送风就是地地板相当于静静压箱，可以以把风均匀送送到用户的设设备里来，这这种比较符合合气流自然的的规律，所以以温度场比较较均匀，而且且地板有屏蔽蔽的作用，所所以噪音比较较小，但是没没有办法满足足高密度的制制冷需求。从从地板下送风风的时候，每每一个机柜前前只有一块出出风地板的风风口，对于如如果想要冷却却1000瓦热量的时时候需要每小小时300立方米的热热量，当时超超过的话是无无法满足的，所所以无法满足足高热密度的的需求，而且且这样造价也也比较高一些些。对于低密密度的大型机机房还是比较较优秀的送风风方式，需要要注意地板的的净空高度300mm，因为有很很多地方都是是有管线的。还还有地坪要做做保温。对于底板下送风，因因为是目前机机房里最常见见的气流组织织，一旦使用用这种气流组组织的话可能能有一些优化化管理原则，比比如说可以把把空调要摆放放得和机柜垂垂直，横的是是空调，竖的的是机柜。空空调要避开冷冷通道，因为为采用的是上上通风，下回回风，等于说说上面回热风风的时候和下下面送的冷风风有很大的混混合几率，就就会造成冷量量的损失，所所以要摆在热热通道上，这这样混合之后后可以提高制制冷的效率。再再就是空气密密度比较高的的时候，要适适当提高活动动地板的出风风速度，尽可可能提供多一一些的制冷能能力。有条件件的时候可以以在空调机的的顶部接回风风管或者回风风口，减少冷冷风混合造成成的损失。另另外要布置在在空调机的后后面，如果在在前面会阻挡挡风的送出，对对于制冷效果果和送风效果果都有很大的的影响。4.弥漫式送风弥漫式送风是比较较筒单的一种种送风，一般般认为如果在在机房选择弥弥漫式送风是是没有办法的的办法，就是是通过下部送送风，通过下下部回过来，有有的机房比较较小，层高没没有办法加装装风管，所以以只有采用这这种送风方式式。但是这种种送风距离很很短，所以可可能只有在电电池间，UPS间，配电阆阆中小型机房房里面使用一一下。5.水平式送风(行间间)

水平送风是近一段段时间出现的的送风方式，这这种送风是跟跟高密度的机机房特点有很很大相关之处处，主要就是是为了配合高高密度机房来来进行的，这这种送风方式式因为比较接接近热源，可可以支持高密密度制队不僚僚地板送风要要经过地板和和水平的限制制。右边机柜柜内的辅助制制冷方式也是是一种水平送送风的方式，只只不过是在机机柜内部布置置的。这种送送风可以把送送风的温度提提高一下，然然后提高制冷冷效率、降低低能耗，一般般送风的温度度提高一度，制制冷效率可以以提高1%～3%，制冷量提提高3%～5%，所以在相相同制冷效率率的条件下提提高送风速度度一定是节能能的，这种适适用于中小型型机房。可以以在层高不足足，或者没有有高架地板采采用这种方式式比其他的方方式好一些。或或者是大型机机房，有的热热流密度不同同，可以把高高密度的地方方单独封闭起起来进行单独独制冷来满足足需求，一定定要注意这种种方式和热通通道封闭系统统结合在一起起才能发挥效效果。以上所讲这些就是是主要的制冷冷方式和气流流组织形式，在在做决策新建建机房并不是是简单选择哪哪种方式和气流组织织形式，要对对自然情况、基基本条件、数数据中心的规规模都要有一一个评估，客客户的预算也也很重要，他他想建造什么么样的数据中中心，能够投投入多少资金金实际也是选选择比较重要要的因素。另另外，数据中中心的自然条条件有没有可可利用的，可可不可以用一一些节能组件件的制冷方式式对于选择有有一定的影响响。4.9新风系统本方案机房新风量量选择以维持持机房正压为为标准新凤系系统可根据以以下方式计算算：保证室内内人员所需新新风量，按工工作人员每人人403/h计算，维持持室内正压所所需新风量。《电子信息系统机房房设计规范力力规定了取其其中最大值，由由于机房内人人员很少而且且机房要求的的正压值不大大，IDC机房新风系系统按换气次次不小于1次/小时计算。选选用不小于3000m³³/h的新风机组(自带水冷冷冷源)，新风机组组安装在夹层层内。四层新新风机组安装装于本层吊顶顶内，共计六六台。各电力、电池室排排风换气次数数为0.8次/h，送风换气气次数为1次/h，送、排风风机均安装在在吊顶内辅助助用房由全热热交换双向新新风换气机提提供新风，全全热交换效率率70%。全热交换换双向新风换换气机安装在在吊顶内，新新风由空调机机房外窗引进进，室外新风风经新风机组组由风管送至至机房内，与与空调回风混混合后一起进进入精密空调调机组，经过过温度等处理理后送入机房房内。机房内围护结构密密封较好，避避免造成正压压值过大，在在专用空调区区与走道相邻邻隔墙处安装装余压阀，平平时可保证机机房内正压值值不会过大(按规范要求求机房正压需需保证在4.9～9.8Pa内)。新风管进进行保温处理理，在新风