数据中心空调系统设计与节能优化分析

1、数据中心空调系统设计与节能优化分析 2010年11月15日08:35 机房360生意社11月15日讯 引言现代科技的发展对IT、电信企业的要求逐步提高，为了满足市场要求和行业竞争，企业必须不断投入人力物力进行硬件加强，随之，研发大楼越建越多，研发中心的核心之一数据中心的规模也在逐步扩大。据Jonathan Koomey博士(美国斯坦福大学和伯克利实验室教授)的一份研究报告统计，自2000年到2005年，全球数据中心能耗翻了一番，2005年美国所有数据中心的电耗是450亿kwh，其中包括了数据中心IT设备、空调制冷设备及其辅助设备的耗电量，直接产生的经

2、济费用为27亿美元，由此估计全球数据中心的能耗所产生的费用为72亿美元。根据美国Uptime研究院的分析，数据中心的电耗增长迅速，以每年15%的速度增长，到2005年已经达到了18000 w/(平方米机柜占地面积)。从2000年到2001年，仅一年时间，机柜能耗就增长了1100 w/(平方米机柜占地面积)。数据中心单位面积能耗可由机房总能耗以机房面积得到。如何以最节能的方式保证系统的稳定运行成为了空调设计师的首要任务。本文针对上海某IT企业研发大楼的4个数据中心进行分析。1、数据中心概况该IT企业大楼位于上海郊区某科技园区，共5层，建筑面积约为25 000平方米，本文研究的数据中心位于该大楼5

3、层中心位置，呈长条形布置，4个数据中心的面积分别为286，164，104，144平方米。数据中心的正上方屋顶上设有1.8 m高的平台，用于放置大楼的空调处理设备，平台下则放置了与数据中心有关的排风设备以及用于数据中心全新风制冷的新风百叶，既保证了设备的隐蔽性和安全性，又防止雨天或者其他特殊天气对数据中心空气调节带来的影响。2、空调系统设计2.1数据中心房间设计温湿度数据中心和网络系统的IT设备会产生大量集中的热量，同时部分设备对温湿度的变化极其敏感。根据设备供应商提供的数据，数据中心IT设备要求的运行温度为24，相对湿度为30%80%。2.2冷负荷和风量的计算IT设备消耗的电量为1600 W/

4、平方米，由于IT设备是纯散热设备，所以在计算房间负荷时，考虑所有耗电量转换为房间冷负荷，且同时使用系数取100%，1#，2#，3#，4#数据中心面积依次为286，164，104，144平方米，从而得出4个数据中心的冷负荷依次为457.6，262.4，166.4，230.4 kW。得到了数据中心的冷量和房间的温度后，可以算出所需风量，但是值得注意的是，在计算总送风量时，根据设计经验，增加10%的系统冗余以保证由于漏风等造成的损失。2.3系统方案的确定在进行空调设计时所遵循的核心思想是在满足设备基本温湿度要求的基础上，尽可能多地运用各种节能手段并且兼顾系统的稳定性、安全性和多样化。2.3.1风侧系

5、统1)在数据中心内设置单独的机房空调(CRAC)，既承担数据中心的冷负荷，又独立于整个大楼的送风系统。2)机房空调采用下送上回方式，冷风被送至架空地板下，整个架空地板作为一个送风静压腔，然后通过架空地板上设置的部分穿孔将冷风送至房间内各IT机柜。房间回风通过吊顶回风口进入吊顶内，整个吊顶以上的空间作为一个回风静压腔，然后通过安装在吊顶内的回风风管，回到机房空调进行循环冷却。3)由于大楼的中央冷水机组于室外温度低于15时停止使用，但是数据中心全年需要供冷，所以给数据中心设计了新风供冷模式。4个数据中心分别位于大楼两侧的顶楼，给新风供冷模式时引进大量新风创造了有利条件。采用新风供冷模式节约了大部分

6、的能源，笔者将在第5.2节进行分析。4)机房空调全部安装新风管道并且在数据中心配备排风机进行排风以引进新风，排风机设置变频器以控制数据中心的房间始终为正压10 Pa，并且在过渡季节，通过变频器实现新风供冷，减少了风机的能耗。2.3.2水侧系统1)在正常模式下，1#4#数据中心的所有机房空调采用冷水制冷而非乙二醇溶液制冷，以得到更高的COP。冷水来自中央制冷机房的冷水机组，冷水管路单独设置，以确保与整个大楼空调的管路系统相互独立。2)考虑到会出现冷水系统故障或者节能模式运行的排风机故障或者大楼意外断电，为3#数据中心和位于其他楼层的弱电机房单独设置了一台冷水机组(以下简称“高效冷水机组”)，以确

7、保这些房间的空调能24 h不间断供冷。高效冷水机组要求同样具有新风供冷模式，该机组的制冷剂为乙二醇溶液，当室外温度低于乙二醇溶液回水温度时，通过机组自带的三通阀将部分乙二醇溶液引入机组的新风冷却盘管，利用新风进行直接供冷，以达到节能的要求。3)考虑高效冷水机组会出现故障，设置一台带应急电源的风冷冷水机组作为备用。4)由于中央冷水机组提供普通冷水而高效冷水机组和备用冷水机组提供的是乙二醇溶液，所以要求机房空调采用双盘管双水源系统，以达到两种模式的切换。2.3.3空调系统的控制1)每个房间的机房空调设置集中控制器，以执行机组切换、风机启停、水阀开关、盘管切换等动作。2)高效冷水机组和风冷冷水机组内

8、置控制器对压缩机、冷凝器等进行控制以实现机组的正常运行。3)设置一个专门的中央控制器用于采集机房空调的集中控制器的数据，切换高效冷水机组和风冷冷水机组并采集其运行状态信号，控制机房空调新风管风阀以及回风管风阀的开度，控制排风机以及变频器。2.4气流组织设计在参考了Greenberg Steve博士(伯克利实验室)对美国22个数据中心进行研究统计所得出的一系列经验以及笔者总结以往所参与的项目和实践中的几个经常出现的问题，提出下问题：1)机柜上部以及周围的热空气短路;2)由架空地板上电缆桥架穿孔不密封造成空调送风短路;3)不合理的穿孑L地板的布置;4)不合理的机房空调的布置;5)不合理的吊顶空间高

9、度的设计造成过小的回风静压箱;6)架空地板下大管径的水管或者地板下大量的桥架造成的空气阻塞;7)机柜前后左右开放的面板造成的空气从热通道到冷通道的短路;8)由于机柜内部阻力太大造成的内部空气不流通;9)一些IT设备采用侧面排风(通常机柜都是前进风，后出风);10)架空地板下静压腔的压力过大或过小。要避免以上所列举的问题，笔者在设计时考虑采用如下措施：1)使用“热通道和冷通道”的安排模式来设置机柜，在冷通道的两边分别没置两排机柜，使得两排机柜的进风口面对面设置，同样，两排机柜散热的背面也分别在热通道的两侧;2)密封所有架空地板上的桥架开孔和桥架上由于电缆分布而设置的开孔;3)封住机架上所有不使用

10、的空间或者面板上的开孔，减少冷量损耗以及避免空气短路;4)合理布置穿孔地板的位置;5)合理布置机房空调的位置以及正确计算空调的各个参数;6)尽量在机柜的上方收集所有的热风进入吊顶静压箱内或者风管内;7)将架空地板下大管径的水管布置在机房空调的后下方(设备机房可以稍稍离开墙壁以留出地板下的空间布置水管);8)架空地板下的主桥架也尽可能靠墙布置。克服以上所列各种气流布置的注意点和问题后所布置的典型的机房气流分布见图2。综上所述，在选择穿孔地板类型时应综合考虑透风率和布置位置并且选择带风阀的穿孔地板以便日后进行风量平衡调试。然后根据机柜的冷量计算所需风量，以2 m/s的速度计算穿孔板所需的截面积，从

11、而确定穿孔板的数量。吊顶回风格栅的设置同样遵循以上原则。3、设备选型3.1机房空调的选型(见表1)3.2排风机的选择由于过渡季节大量的新风会进人数据中心，需要强制排风，并且考虑到数据中心的防排烟设计，所以设置屋顶排风机。根据机房空调的数量配备排风机，每个数据中心设置1台排烟风机。排风机技术参数见表2。EF/13服务于1#数据中心，EF/48服务于2#数据中心，EF/910服务于3#数据中心，EF/1113服务于4#数据中心。4、数据中心的能耗分析对4个数据中心的用电能耗进行了统计，见图3(图中数据是系统正常运行的能耗，其中没有考虑任何节能措施)。IT设备的能耗为kWh/a，制冷机能耗为 kWh

12、/a，机房空调的能耗为 kWh/a，冷却塔和水泵的能耗分别为kWh/a和 kWh/a，照明能耗为61145 kWh/a。该图直观地显示了数据中心设备耗电量的分布，其中，主要的耗电设备是IT设备本身，所占比例为74.5%，除了要求在IT设备的设计和选型时尽量选择节能型产品外，25%的空调耗电量也不容小觑，空调工程师应该运用各种节能手段对空调系统进行优化。5、节能系统运行费用和投资回收期数据中心主要的节能模式有中央机房冰蓄冷系统、过渡季新风供冷系统、一次泵变流量系统、冷却塔风机带变频器、带新风冷却的高效冷水机组、带高效盘管的机房空调、高效的电动机等等。本文将就节能比较显著的冰蓄冷和过渡季新风供冷系

13、统进行运行费用的比较和投资回收期的计算。5.1采用冰蓄冷系统的节能分析在该项目的空调设计中，配备了2台1 050kW的冰蓄冷螺杆制冷机和1台容量较大的制冷机。22：0006：00由2台冰蓄冷螺杆机进行蓄冰，白天电价高峰时进行融冰，供应部分数据中心的空调制冷，考虑到数据中心的冷量非常稳定且集中在特定房间内，所以可以平均分配夜间所蓄冷量(忽略融冰损耗)，表4，5对冰蓄冷设备的运行费用进行了分析，其中蓄冰空调系统耗电量的计算只包含了制冷机房中的乙二醇主机、乙二醇泵、冷却水泵，冷却塔的电量，常规空调系统的耗电量只含制冷机房中的冷水机组、冷却水泵，冷却塔的电量，其他部分两种系统基本相同，故未加考虑。5.

14、2采用过渡季节新风供冷系统的节能分析当采用过渡季节新风供冷系统时，服务数据中心的设备仅仅是机房空调和排风机。当室外的比焓小于数据中心内的比焓时，空调的冷源可以采用室外的新风。第2.3.1节中提到过4个数据中心将设置1台中央控制器控制整个数据中心空调系统，室外的比焓值由空气处理设备系统上的新风温湿度传感器采集并计算得到，室内的比焓值为干球温度15，相对湿度26%时的比焓，中央控制器根据逐时的比焓比较来控制新风阀门的开度。根据上海市历年逐时温湿度数据统计了过渡季节新风供冷系统和日常冷水机组系统的运行费用，并对前者的运行成本进行了分析，结果见表6。从表中可以看到，两种系统运行时间相同，全年不间断运行

15、，但耗电量不同。当采用过渡季节新风供冷系统时，耗电量的计算只包含了排风机的用电量，如表中的14月和11，12月;当系统的冷源来自中央冷水机组系统时，耗电量包含了1台1050kw螺杆冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔。由于其他部分，例如机房空调，无论何种系统运行能耗都相同，故未考虑其耗电量。应用以上两种节能方式后，全年能耗统计见图4。两种节能方式节约的费用约为14 000 000元/a，约占整栋大楼窄调年运行费用的30%。6、系统的安全可靠性和多样化为了保证3#数据中心全年8760 h不间断电源(同时也兼顾该大楼中其他有同样要求的房间，如弱电机房、程控交换机房和UPS房间等)，设计中对机房空调进

16、行互为备用和多样化的设计。6.1设备的备用和多样化1)各数据中心分别设置了N(表示实际需要的设备台数)+1台机房空调，保证任何1台机器发生故障都能有备用空调替代，同时也合理分配了每台机房空调的运行时间，机组的控制和切换由各数据中心的机房空调的集中控制器进行。2)对于要求较高的3#中心，机房空调配备了双盘管，冷源分别来自不同的冷水机组。设计三路冷水系统，分别是来自中央冷水机组，高效冷水机组以及风冷式冷水机组，保证在任何时候都有两路不同的冷水可供应。中央冷水机组水泵采用一次泵变流量的集水系统，所有水泵互为备用;高效冷水机组和风冷冷水机组分别设置了一用一备水泵。3)各数据中心分别设置了多台机械排风设

17、备，不仅在过渡季节可利用新风供冷，而且在最差的情况下(假设所有冷水机组都故障的情况下)机房有最基本的通风功能。对于3#数据中心，机房空调和排风机都配备了应急电源。6.2系统的备用和多样化除了设备的互为备用和多样化以外，空调系统也要求互为备用和多样化，本项目中根据温度提出了不同的方案，每种方案都保证有3套系统可以互为支持运行。1)当室外温度高于15时，机房空调制冷可以来自于：中央冷水机组+机房空调(冷水盘管)，高效冷水机组+机房空调(乙二醇盘管)，风冷冷水机组+机房空调(乙二醇盘管)。2)当室外温度低于15时，机房空调制冷可以来自于：排风机+机房空调(无冷水)，高效冷水机组+机房空调(乙二醇盘管

18、)，风冷冷水机组+机房空调(乙二醇盘管)。6.3系统的应急性统对于3#数据中心，所有服务于机房的空调排风机和风冷冷水机组都设有来自柴油发电机组的应急电源。当大楼两路供电都失效时，机房空调的制冷来自：风冷冷水机组+机房空调(乙二醇盘管)，排风机+机房空调(无冷水)。7、结语对上海某研发大楼4个数据中心的空调系统设计进行了介绍，并从系统设计、气流分布、设备选型、节能方案、系统的安全可靠性和多样化等方面进行了详细描述。数据中心是个纯显热的环境，并且要全年连续运行，根据这一特点，过渡季节新风供冷系统的合理应用可以节约运行费用，结合空调本身的一些节能措施，如冰蓄冷冷水机组、高效率的带全新风制冷的冷水机组

19、、设备中高效率的电动机以及一套智能的独立的数据中心空调的中央控制器，种种节能系统的结合，使得整个数据中心的空调系统设计得到了优化，更使得数据中心的日常运行费用得到了大幅缩减。这种节能设计理念也给空调设计工作者拓宽了思路，更给数据中心运营者提供了更多合理选择。最后，不得不提的是数据中心的空调的多样化和安全性，只有具备了一个多样化的系统，使得数据中心的空调系统能够确保全年不问断运行，以上种种节能方案才能得以实现。参考链接：数据中心空调设计初探发表时间：2010-4-1 杨国荣 胡仰耆 马伟骏 来源：万方数据关键字：数据中心 数据通信设备 空调系统数据中心 信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表

20、评论好文推荐打印文本数据中心空调系统有别于常规舒适性空调系统，该类设施空调系统的负荷特点是显热负荷密度大、显热比高。就数据中心空调常用的设计参数、负荷特点及系统方式进行了简单探讨，并对我国数据中心空调系统设计发展进行了展望。 1 概述 依据美国数据中心电信基础设施标准(Telecommunications Infrastructure Standard for DataCentersANSI17A一9422005)的定义，数据中心是容纳计算机房及其支持区域的一幢建筑物或建筑物中的某个部分，主要设置进行数据处理和数据交换的计算机、网络设备、电子设备。数据中心空调系统的主要任务是为数据处理设备提供

21、合适的工作环境(温度、湿度、含尘度等)，保证数据通信设备运行的可靠性和有效性，本文就数据中心的空调设计作初步探讨。2 数据中心环境要求 21 电子设备环境分级 数据中心中需要采用空调来保证合适的环境条件的数据通信设备主要包括：各类服务器、高密度和超高密度通信设备、磁带存储器、存储服务器、工作站及安装数据通信设备的机架或机柜。这些数据通信设备所需的环境要求取决于所用设备和制造商。美国供热制冷空调工程师学会(ASHRAE)出版的系列丛书之一数据处理环境热工指南中列出了数据中心的相应分级(14级)所对应的环境要求；(ASHRAE手册2007年版应用篇中提到了第5级分类，即网络设备建筑系统(NEBS)

22、级。该分类在数据通信中也普遍使用，电子设备环境分级如下： a1级。它是一个能严格控制环境参数(露点温度、干球温度和相对湿度)及执行重要任务操作的数据通信环境。此工作环境所对应的数据处理设备主要是企业服务器和存储设备。 b2级。它是一个对环境参数(露点温度、干球温度和相对湿度)能进行某种程度控制的数据通信环境。此工作环境所对应的数据处理设备主要是小型服务器、存储设备、个人计算机及工作站。 c3级。它是一个只对个别环境参数(如温度)进行控制的办公室、家庭或可移动区域环境。此环境所对应的设备是个人电脑、工作站及打印机等。 d4级。它是一个只需通风，在冬季能满足供热要求，对气候状况进行适当控制的零售点

23、、轻工业及工厂环境。此环境所对应的设备是零售设备、工业控制器、计算机，以及掌上电脑等便携式电子产品。 eNEBS。一般指对环境参数(露点温度、于球温度和相对湿度)进行某种程度控制的数据通信环境。按此环境要求进行设计的产品类型包括开关、传输设备、路由器等。 在ASHRAE的电子设备环境分级中，3级、4级环境要求不适合数据通信设备运行。能满足数据通信中心设备运行的是l级、2级以及NEBS环境。 22电子设备工作环境参数要求 表1所列数据为l级、2级及NEBS级数据中心推荐的环境设计参数值和允许的环境设计参数值。这些参数主要是数据通信设备所处环境的空气温度、空气温度变化速率、湿度、空气过滤要求及空气

24、污染、通风状况等 表1 1级、2级及NEBS级环境设计参数 221空气温度要求 数据通信设备运行时会产生极大的显热量，当数据通信设备较长时间处于高温或较大温度变化梯度的环境中时，可能因温度过高而出现宕机现象，温度太高，可使数据处理设备工作环境恶化，长此以往，将缩短电子设备的使用寿命，也使数据通信设备的可靠性降低。 由表1可知，对于1级、2级环境要求的数据中心。其温度控制范围应为2025：而对于网络设备建筑系统(NEBS)级环境要求的数据中心，其温度控制范围更宽些，可达1827。允许温度范围可认为只能短期运行，正常运行时应将环境温度严格控制在推荐范围内。 我国电子信息系统机房设计规范(GB 50

25、1742008)中对相应机房的设计温度也做了规定，该规范将电子信息系统机房划分成3级。对于A级与B级电子信息系统机房，其主机房设计温度为23l，C级机房的温度控制范围是1828，机房不工作时，其温度应控制在535。 实际温度控制范围应根据数据通信设备的类型与设备供应商的要求而定。 222环境温度变化速率要求 一些数据通信设备制造商制定了数据通信设备允许环境温度变化速率的标准，以避免环境温度的突然变化对数据通信设备造成冲击。环境温度变化速率标准可适应所有已安装的数据通信设备。对于l级与2级环境要求的数据中心，ASHRAE推荐最大环境温度变化速率为5K/h；磁带和存储设备对温度变化速率要求更高。一

26、般要求其环境温度变化速率小于2K/h，湿度变化速率小于5%/h。NEBS级要求其测试的新设备允许温度变化速率可达30K/h，一旦空凋冷却系统出现故障，设备周围环境温度的变化速率可能比30K/h还大些。 数据通信设备不工作时可以允许其环境温度在一个较大范围内变化，但需要向数据通信机房提供不问断供冷，以维持最低的运行工况，避免数据通信设备受到热冲击。 223湿度要求 较高的相对湿度会使数据通信设备的电极导电失效、湿度计积尘失效、磁带介质出错和过度磨损以及产生腐蚀现象。在极端的情况下，液体冷却设备的冷表面还可能出现冷凝现象。较低的相对湿度将产生影响设备运行的静电，甚至可能损坏设备。磁带和存储介质在低

27、相对湿度下也会产生过度磨损，数据中心环境湿度应控制在推荐的湿度范围内。 224空气过滤要求 在进人数据通信机房之前，室外新风必须经过过滤和预处理，去除尘粒和腐蚀性气体。表1中列出的是数据中心循环空气过滤器的推荐值及最小过滤效率值。空气中的尘粒将影响数据通信设备运行，因此，数据中心的空调系统应采用高效的、合适的过滤装置。腐蚀性气体会快速破坏印刷电路板上的金属薄膜和导电体，导致末端连接处电阻值增大。此外，尘粒在散热板上堆积也将增加热阻，降低换热效率。 225新风要求 数据中心空调系统必须提供适量的室外新风，以保持数据通信机房的正压值和保证室内人员的卫生要求，数据通信机房保持正压可防止污染物渗入室内

28、。虽然大多数数据中心内人员较少，但也需确保室内人员的新风需求和卫生要求，室内人员的新风需求量应满足全国或当地设计标准。3 数据中心空调冷负荷 数据中心空调负荷的计算方法与其他建筑的计算方法相同，在此不赘述。数据中心负荷的显著特性是来自数据处理设备很大的内热显冷负荷和极高的显热比。数据中心内的主要热源是数据处理设备本身，这部分热量高度集中、分布不均匀且可变。图1为单位机架面积(以07每平方厘米计)设备散热量趋势图。 图1 单位机架面积(07每平方)热负荷趋势图 随着数据通信设备功能的提高，数据通信设备单位面积冷负荷也逐年增加。在1987年，当ASHRAE初次将数据中心空调冷却系统设计方法写入手册

29、时，数据中心单位面积冷负荷只有108162w每平方厘米。而如今，每个机柜(占地约07每平方厘米)散热量高达3 50010 000 W，单位面积架空地板的功率密度已高达4501 285W每平方厘米。工程设计时，设计人员应根据设备布置状况及数据通信设备制造商提供的设备实际散热量数据进行负荷计算。 数据通信设备机房初建完成时，设备设置密度较小，随着数据中心的不断完善，机房内会不断增加数据处理设备，散热量也随之明显增加。而且，数据中心设施级系统和设备的寿命一般可延续20年，而数据通信设备的寿命一般只有25年，在整个设施寿命周期内，经常会发生数据通信设备的更换与升级，用相同设备甚至用功能(功率)更大的设

30、备替代原有设备。数据中心空调设计人员在进行中心级(或设施级)空调系统设计时应充分考虑这种情况。4 数据中心空调系统设计 41 空气冷却空调系统 411设备布置与气流分布 为了对数据通信设备进行有效冷却，机房空调系统空气分布必须与机房冷负荷相匹配。空调系统的气流分布应能适应设备位置与容量的变化，数据通信设备设置在成行排列的机架或机柜内。一般情况下，机架与机柜的前后均设有通道。空调送风从前侧或下方送入数据通信设备的机架或机柜，吸收设备散发的热量后从机架或机柜的另一侧或顶部排出。图2为一种典型的机架或机柜排列方式。 图2机架或机柜排列示意图 数据通信机架与机柜的前后排列形成了冷通道(进气通道)和热通

31、道(排气通道)，空调系统的气流分布应结合机架或机柜的冷、热通道位置进行设计。 412地板送风空调系统 数据通信机房大多采用地板静压箱送风，上部回风。地板送风空调系统可采用机房专用空调器向地板静压箱送风，也可采用集中空气处理系统向地板静压箱送风。采用何种系统应视数据中心平面布置、设备类型及参数要求而定。 4121机房专用空调系统 数据中心采用机房专用空调机组非常普遍，图3为某数据通信机房设备布置平面。在专用机房空调系统中，专用空调机组设置在数据通信机房的周边，数据通信机架或机柜按进出风方向成组排列。专用空调机组将机房内的热风从机组顶部吸入，经过滤，冷、热处理后送入地板静压箱。在地板送风静压箱内。

32、冷空气通过设置在冷通道处的地板送风散流器进入机房。然后被吸入机架或机柜，进入机架或机柜的空气吸取数据通信设备散发的热量后排至热通道。在热通道内。热空气上升。沿着机房顶板回到机房专用空调机组。 4122集中空调系统 数据中心也可采用集中空气处理系统进行空气调节。一般来说，集中空调机组设置在数据中心数据通信机房外的空调机房内。室外新风与回风混合后经过空调机组过滤、冷却。再热处理后由风机送至数据通信机房地板送风静压箱内，再经地板送风散流器进入冷通道，被数据通信设备机架或机柜吸入，冷风在吸取了设备产生的热量后被排人热通道，最后经上部回风管回至空调机组或排至室外，图4为不带新风除湿盘管的空调系统示意图。

33、图5为带新风除湿盘管的空调系统示意图。 413风道上送上回空调系统 数据中心也可采用上部风道送、回风空气分布方式。设置在数据中心数据通信机房外空调机房内的集中空气处理机组将室外新风与回风处理后用风道送到数据通信机房内的冷通道上空冷风被数据通信设备机架或机柜吸人并在吸取了设备产生的热量后被排入热通道最后经设置在热通道上部的回风管回至空调机组或排至室外。图6为数据机房上部风道气流分布示意图。 图3某数据通信机房设备布置平面 图4不带新风除湿盘管的空调系统 图5带新风除湿盘管的空调系统 42液体冷却系统 421液体冷却系统基本组成 大多数数据中心内的数据处理设备采用如前所述的风冷方法进行冷却。随着数

34、据处理设备的处理速度提高、容量加大，数据通信设备发热量(冷负荷)不断增大。为数据中心所提供的空气冷却系统的风量和冷量的能力正趋向极限。在此情况下，需采用液体冷却系统来排出数据通信设备的废热，以减少机架或机柜所需总冷却风量。液体冷却系统可直接冷却数据通信处理器，使其温度降低，提高其数据处理能力。 图7为一典型的数据中心液体图6数据中心上部风道气流分布示意图冷却回路原理图。液体冷却系统一般由冷却水系统回路、冷水系统回路、工艺冷却系统回路、冷液分配装置(CDU)及数据设备机架或机柜组成。液体冷却系统所采用的冷却液体主要是：水、乙二醇或丙烯二醇与水的化合物、制冷剂、非导电介质等。液体冷却数据通信设备至

35、少应有集热换热器、排热换热器，有的设备还包括压缩机，水泵、控制阀、电子控制器等部件。 图6数据中心上部风道气流分布示意图 图7数据中心液体冷却回路原理图 冷却水系统包括冷却塔与数据中心之间的液体回路。它属于典型的设施级系统。该同路一般包括：室外排热装置(冷却塔或干式液体冷却器)、水泵、膨胀水箱、冷却循环泵以及分布管路。 冷水系统也是典型的设施级系统它可包括数据通信房间的专用系统。该系统主要由数据中心冷水机组与冷液分配装置之间的系统组成。冷水系统包括冷水机组、水泵、冷却设备和设施级分布管路。 工艺冷却系统一般不延伸到数据通信设备机房之外，除非在系统配置时将冷液分配装置置于数据中心之外。该系统作为

36、一个专用回路，将数据中心内设备冷却系统的热量传递给冷水系统。该回路以单相或两相流换热形式进行工作，用热管、热虹吸管、泵送流体与或蒸气压缩循环促进换热。工艺冷却系统至少应有集热换热器(数据通信设备冷却系统的集成件)、排热换热器与连接管路。该系统也会有如压缩机水泵、控制阀、电子控制器、过滤器和流体循环冷却附件等设备。 422液体冷却系统基本要求 数据中心液体冷却系统应满足下列基本要求： a灵活性。数据中心冷却系统设计应具有在安装新设备时可减少或避免系统中断的特点。集中站房应考虑在负荷增加时能添加冷水机组、水泵与冷却塔。为了将来再接纳计算机和冷却系统，应制定和利用合理的负荷管理制度，制定发展计划或策

37、略。从避免运行中断和装置费用的角度看，一般禁止采用改变管道尺寸的方法去求得容量增加。 b可扩展性。冷却系统设计应适应未来负荷的增加，数据通信设备的更新期为25年，故冷却系统需要有扩展能力，管路系统设计应能支持冷负荷密度，集中站房应有足够空间供未来的冷水机组、水泵和冷却塔之用，站房内冷水和冷却水系统的分、集水器的大小，应从运行的第一天起到容鼍增加，以至达到未来的最大容量均能很好地适应。 c安装、涮试、运行简单。冷却设备应安装方便、位置可见、易近，系统调试方便，运行简单。 d维护与故障排除便捷。维护方便、快速，能准确排除故障是高可用性数据中心的主要标志。冷却设备的周围应有足够的工作间距，提供维护与

38、操作阀门、控制装置、传感器和大型设备所需的通道。冷水管与冷却水管的走向应避免与冷却系统的设备搬动发生冲突：水泵、冷水机组的布置应方便更换：切断阀门的位置也必须能在更换时不使服务中断。 e可用性与可靠性。数据中心液体冷却设备的足够冗余可保证系统的可靠性和最大可用性。 423液体冷却管路系统特点 液体冷却管路系统确定了冷源(站房)与负荷之问的关系。管路系统应考虑简易、投资节省，便于维护、升级或变更，便于运行、控制。系统设计应对设备投资和运行费用进行综合评估。随着所需冷却的热量的持续增加，管路系统必须能扩展，以接纳未来增长的输送量。液体冷却系统常用的设计方法是选大冷水站房内的干管和分配集管。 液体冷

39、却系统的主要目的是将冷液输送到数据中心的所需地点，液体冷却系统可采用同程系统。也可采用异程系统。表2为几种常用的液体冷却管路系统的特点。 424液体冷却管路系统水质要求 液体冷却系统的水质应满足系统运行要求。 表2几种常用的液体冷却管路系统特点 ASHRAE手册2003应用篇第48章对系统水质有规定：PH，79；硫10 ppm；硫酸盐100 ppm；氯化物50 ppm：细菌1000 CFUsml(CFU是菌落总数的英文缩写)；总硬度(如CaC03)200ppm；蒸发后的沉淀物500 ppm；浊度20 NTU(浊度计)。在进行液体冷却系统没计时必须设置水处理装置。水处理装置能在系统运行中在线自动

40、检测系统水质参数。将实际水质参数控制在规定范围内确保系统安全、可靠运行。 425液体冷却管路系统调试要求 在采用液体冷却系统的数据中心内，制冷站房、冷却水系统、冷水系统属于中心级或设施级系统而数据中心内部的冷水系统和工艺冷却系统则属于机架或机柜级系统。前者由中心(设施)管理，后者由数据通信设备供应商管理。因此，在中心级与机架级系统之间存在着结合部，结合部的上游由中心负责调试，结合部下游则由设备供应商调试。中心系统必须向工艺系统提供满足参数要求(温度、流量、压力等)的冷液。在调试阶段，应对系统各组成部件及总成系统进行测试，以保证整个系统的功能合适，并确保数据通信没备正常运行。5 结语 数据中心对

41、空气环境的要求有别于常规舒适性空调，其空调系统的设计也不同于常规空调系统。对于规模不同、要求不同、负荷密度不同的数据中心，采用何种形式的空调系统，应经详细经济、技术论证后确定。设计人员应在充分了解数据通信设备结构的基础上，从设备供应商处获得详细、准确的热负荷数据。当数据通信设备定位后，应结合空调系统送风方式进行温度场数值模拟，从而选择最佳的送风方式和空调参数确保数据通信设备有效冷却。数据中心空调系统应有强大的可扩展性和高可靠性，保证数据中心运行过程中扩容或升级。 数据中心空调设计对于大多数暖通设计人员来说，可能是一个陌生的领域。因此，暖通研究和设计人员应对数据中心的空调方式和系统进行深入研究、

42、调查。总结经验，制定适合我国国情的数据中心空调设计规程、规范和措施，为设计人员提供设计方法和设计依据。本文为授权转载文章，任何人未经原授权方同意，不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用，e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之，以便进行及时处理。联系方式： tel：027-/20/21。数据中心空调系统的制冷容量估算来源：考试大【有了考试大，考遍全天下】2011年2月25日 所有电子设备都会产生热量，为了避免设备温度升高至无法接受的程度，必须使这些热量扩散掉。数据中心或网络机房内的大多数IT设备和其他设备都是通过空气冷却的。为了

43、确定制冷系统的容量，必须了解封闭空间内设备的发热量以及其他常见热源所产生的热量。 确定整个系统的发热量 一个系统的总发热量等于它所有组件的发热量之和。整个系统应包括IT设备及其他项，例如UPS、配电系统、空调装置、照明设施和人员等。不过，可以根据简单的标准规则确定各项的发热量。 UPS和配电系统的发热量由两部分组成：一部分是固定的损耗值，另一部分与负载功率成正比。对于不同品牌和型号的设备，可以认为它们的这两部分热量损耗是一致的，因此可以比较准确地估计它们的发热量。照明设施和人员所产生的热量也可以使用标准值进行估算。要确定整个系统的热负荷，只需要一些很容易获取的数值信息，例如地板面积（平方英尺）

44、和电力系统的额定功率等。 空调装置的风扇和压缩机会产生相当多的热量。不过这些热量大部分会释放到房间外部，不会给数据中心内部带来热量负荷。但是它会降低空调系统的效率，因而在确定空调系统的功率时通常需要加以考虑。 可以使用数据中心内各项的发热量进行详细的热量分析，不过有一种更快的方法，即利用简单规则进行估算，这样所得的结果与复杂分析的结果相差不大。这种快速估算法的优势还在于不具备任何专业知识或未经过专业培训的任何人都可胜任这一工作。 表1为快速计算热量负荷数据表。使用该数据表，可以迅速可靠地确定数据中心的总的热负荷。该数据表的使用方法见表1后的计算步骤。 表1数据中心或网络机房散热量计算数据表 计

45、算步骤 首先收集“所需数据”列表中要求的信息。如有疑问，请参考下面的数据定义。然后进行发热量计算，并将结果填写到“发热量分类汇总”列表中。将各分类汇总项相加，得到总发热量。数据中心空调系统的制冷容量估算来源：考试大【有了考试大，考遍全天下】2011年2月25日 数据定义 IT设备总负载功率（W）所有IT设备电源输入功率之和。 电源系统额定功率UPS系统的额定功率。如果使用了冗余系统，请勿包括冗余UPS的功率。 典型系统示例 下文以一个典型系统为例说明如何计算发热量。该系统为一个面积为5000平方英尺（465平方米）、额定功率为250kW的数据中心，内有150个机架，最多有20位人员。在本例中，

46、按照惯例假设该数据中心的功率负载为额定功率的30%。这样，数据中心的IT设备总负载功率为250kW的30%，即75kW。在上述条件下，数据中心的总发热量为108kW，约为IT设备负载的1.5倍。 在本例中，总散热量中数据中心内各项所占的百分比如图1所示。 图1 请注意，由于系统仅工作在最大功率的30%，所以对UPS和配电系统在总发热量中所占比例的估计要高于其实际值。如果系统以满负荷运转，电源系统的效率将提高，它在整个系统发热量中所占的比例将降低。如果对系统进行过度规划，那么将付出效率大幅降低的高昂代价。 其他热源 上述分析并没有考虑周围环境中的热源，例如透过窗口照射进来的阳光和从墙外传导进来的

47、热量。许多小型数据中心和网络机房没有暴露在室外的墙或窗户，这时不考虑上述热源的假设是正确的。但是，对于墙或屋顶暴露在室外的大型数据中心而言，额外的热量会进入数据中心，空调系统必须将这些热量带走。 如果数据机房位于有空调设备的封闭空间内，则其他热源造成的影响可忽略不计。如果数据中心有较大面积的墙或屋顶暴露在室外，则需要请空调专家估算出最大热量负荷，然后将该值添加到前一部分中确定的整个系统的发热量中。 加湿 数据中心空调除了热交换外，还应能控制房间相对湿度。在理想情况下，达到所需相对湿度时，系统将在水分含量稳定的空气中工作，这时不需要持续进行加湿。但不幸的是，在大多数空调系统中，其空气制冷功能会造

48、成水蒸气大量凝结，从而使空气相对湿度不够。因此，需要进行补偿性的加湿以维持所需的湿度。 补偿性加湿会给空调系统带来额外的热量负荷，实际上降低了空调系统的制冷容量，在设计容量时需要考虑到这一点。 对于小型数据机房或较大的配线柜而言，空调系统通过管道隔离了送风与回风，不会造成冷凝，因此不需要持续进行补偿性加湿。这样空调的制冷能力可以得到充分利用，从而使制冷效率达到最高。 对于气流大量混合的大型数据中心而言，空调系统必须提供温度较低的空气，以抵消设备释放的热空气回流所造成的影响。这将导致空气相对湿度显著降低，因而需要进行补偿性加湿。这使空调系统的性能和制冷能力受到较大影响。因此，在确定空调系统的制冷

49、容量时，必须加大30%。 总之，在估计计算机机房空调系统的制冷容量时，需酌情增加：如果是通过管道隔离回风的小型系统，则无需增加；如果是室内空气混合程度很高的系统，则需增加30%。？ 确定空调系统制冷容量 在明确冷却需求之后，就可以确定空调系统的制冷容量了。如前文所述，在此过程中需要考虑下列因素： 设备（包括电源设备）的热负荷 建筑物的传导热负荷 考虑加湿所需的额外热负荷 支持冗余所需的额外热负荷 未来所需的额外热负荷 所有这些因素的热负荷之和（W）即为总的热量负荷。 结论 在确定IT系统的冷却需求时，可采用一个简化的过程，未经专门培训的任何人均可胜任。采用统一的瓦特单位表示电源容量和制冷容量，

50、有助于简化此过程。一般情况下，计算机房空调系统的额定功率必须是预期的IT额定负载及冗余负载之和的1.3倍。对于面积在4000平方英尺（372平方米）以下的小型网络机房，这一方法都是适用的。 对于规模更大的数据中心，在选择空调系统时通常还要考虑冷却需求之外的其他因素。一般而言，墙和屋顶之类的其他热源和空气回流等造成的影响不容忽视，必须针对具体情况加以考虑。 通风管道或高架地板的设计对整体系统性能有较大的效果，也会显著影响数据中心内的温度均匀。采用简单、标准化和模块化的空气分配系统结构，以及本文介绍的简单的热量负荷估算方法，可以大大减少数据中心设计过程中的工程设计需求。 考试大温馨提示：本内容来源

51、于网络，仅代表作者个人观点，与本站立场无关，仅供您学习交流使用。其中可能有部分文章经过多次转载而造成文章内容缺失、错误或文章作者不详等问题，请您谅解。如有侵犯您的权利，请联系我们，本站会立即予以处理。数据中心空调制冷绿色节能技术导购2011年03月19日01:05IT168 字号：T|T 数据中心空调制冷绿色节能技术导购作者： 蓝调 日期： 2011-03-19 文章属性：专稿 【IT168 专稿】随着刀片服务器、虚拟化技术等被大规模应用，数据中心的密度也越来越高。调查显示，空调的能耗已经占到了机房电能消耗的近40%，这意味着，数据中心制冷系统有着很大的节能降耗的空间。本文主要介绍数据中心制冷

52、系统的节能降耗手段，其中包括如何通过技术改造提高空调系统的节能特性，并介绍了一些制冷方面的节能窍门。通过技术改造提高空调性能 实现绿色节能在目前己经使用的空调系统中，早期的产品在先进性方面相较新产品会有明显不足，通过技术改造，可以提升性能。可以采取的措施有：1、使用高能效比的压缩机，例如涡旋压缩机等。空调压缩机是空调的“动力心脏”，对于空调来说，决定其质量的最重要因素就是压缩机，买空调首先要看压缩机。空调主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、四通阀四大关键，而在这四大主要部件中，以压缩机最为重要。空调压缩机是空调器制冷系统的动力核心，它可将吸入的低温、低压制冷剂蒸气通过压缩提高温度和压力，让里面的冷

53、媒动起来，并通过热功转换达到制冷的目的。空调压缩机的性能决定了节能空调的能效比。能效比是空调制冷量与制冷功率的比值。空调能效比共分为5级，1级最节能，5级最耗能。业内专家建议，选择节能空调时首先考虑能效比。还有一点需要注意的，空调压缩机带变频技术的节能效果比较好，选择节能空调时应该尽量选用变频的。变频空调压缩机电机转速可变，避免压缩机的频繁启动，与定速空调相比节电30%。2、利用乙二醇溶液作载冷剂给内区供冷工作原理。全空气系统中，冬季室外温度过低的时间，利用冷却塔给内区直接供冷的空调方式不易实现。此时，可以将室外冷空气作为冷源，用乙二醇溶液作载冷剂，将室外的自然冷源引入室内给内区供冷。需要给外

54、区供热而给内区供冷时，关闭冷水机组，仍然用锅炉或城市热水作为热源给外区供热。在室外安装板式换热器，由风机将室外的冷空气引入板式换热器，乙二醇溶液和室外冷空气在板式换热器中进行热交换。被冷却的乙二醇溶液进入内区的空调机组，在机组中与混合空气(新、回风进行混合后的空气)进行热交换，混合空气被冷却，温度降低后进入内区房间，给内区房间供冷。乙二醇溶液温度升高，再次回到室外的板式换热器中，与室外的冷空气进行热交换，温度降低后继续循环。这种热交换方式经常用在热回收系统中。乙二醇和高温排风进行热交换，温度升高后，进入新风机柜，给新风进行预热。从而，回收排风中的热量给新风加热，节约电能，节省运行费。这种将乙二

55、醇溶液作为载冷剂，引入室外冷空气中的冷量给内区供冷的方式是一种很节能的空调方式。只需在室外装设一台板式换热器，运行时，冷水机组关闭，只开启风机和空调机组就能够引入天然冷源给内区供冷，节约了电能，减少了运行费用。但是，在利用室外冷量给内区供冷的过程中，冷空气要与乙二醇进行热交换，乙二醇再与混合空气进行热交换，经过两次热交换后，冷量损失较大，换热效率不高，一般低于60%。3、变速马达。事实上，许多机房空调都开得过头了。因为多数机房空调都很原始，要么开，要么关，不能调节大小，目前只有10%的机房空调具有变速马达。具有变速马达的空调，可以根据需要调节空调的大小，从而达到节能降耗的目的。4、其他。还有一些技术，可以让数据中心的空调更加节能。例如适当放大冷凝器，增加散热面积，降低冷凝温度，提高制冷系数;添加冷冻油添加剂，减阻抗磨，增强冷凝器和蒸发器的换热;夏季对风冷型冷凝器进行遮阳，水雾降温等措施，即减少