高密度数据中心制冷空调系统设计

高密度数据中心制冷空调系统设计

吴昊

中石油新疆油田公司数据公司，新疆 克拉玛依 834000

摘要：由于国家的经济发展现在依赖于收集和使用各种数据，高密度数据中心正在日益扩大，安装暖通设备在数据中心是发展的重要组成部分。当今，高密度数据中心空调的设计在室内设计参数、设备配置、节能措施等方面得到了更全面、更有效的考虑，极大的便利了人们。在此基础上，本文对高密度数据中心空调系统的设计进行了详细的分析和研究。希望给予有关人员一定的参考价值。

关键词：数据中心；空调系统；设计分析

引言

科学和技术的发展有助于加强行业间的竞争，企业通过不断投资于研究和开发的人力和物力资源，为高密度数据中心的扩展作出了贡献。当今的高密度数据中心具有高温低湿度的特点，数据中心设计已成为工程行业建设的重要组成部分，因此其室内空调系统必须满足电力密度、可靠性和设备灵活性等要求。一般而言，高密度数据中心空调系统的特点是空气量大、质量差，而数据中心空调系统的热负荷大、湿负荷小，因此高密度数据中心的空调设计变得越来越重要。

1 数据中心空调系统的特点

（1）先进性:模块化配置可满足中长期需求，并适应IT趋势；

（2）可靠性:考虑系统备份、多渠道管道、冷源、管道、终端配置等各个方面；

（3）灵活性:模块化设计、灵活性和可扩展性；

（4）功能:功能区空间的设计和安装符合服务流程，并且可以灵活匹配。

（5）易于维护:易于维护和更新，符合监控和运营服务要求；

（6）经济型：节能、环保、运行自动、能效控制和低成本环保数据中心；

2 末端空调系统设计

2.1 气流组织

（1）高密度、高可用性机房。机房空调气流组织建议采用空调冷、热通道隔离方法。机房的计算机柜面对面排列，透明的软隔断安装在热通道上，热冷通道完全隔离。空调系统采用送风方式，地面下送风方式，天花板回风方式，架空地板上送风口设置，送风口为600mm×600mm，根据风量的设计开孔率，结合控制阀调整所有风管的送风风量，并将回风口安装在热通道的吊顶天花上。（2）非常规高密度机房。机房有三个非常规高密度机房，计算机设备的平均安装密度为5千伏安，转换为机柜，功耗约10千瓦。空调气流组织的这一部分包括机箱局部通风和冷却地板下的组合。地板下的进气占空调负荷的三分之一，机柜局部冷却装置占空调负荷三分之二。空调系统采用送风方式，架空地板下送风方式和天花吊顶回风方式，送风方式为600mm×600mm孔板风口，机柜组局部冷却系统由主冷却机组+制冷终端单元组成。制冷主机仍采用冷水制造，采用铜管连接，内部充注有环保制冷剂R134a进行热交换，通过主控制器的控制，制冷终端单元蒸发器表面温度高于露点温度，避免了蒸发器和制冷剂管道表面冷凝产生冷凝水。

2.2 室内空气温度

(1)机房温湿度测量对空调系统影响很大，是重要的设计参数。关于机房的设计温度和湿度，根据最新的电子信息系统机房设计规范(GB50174)，温度为23℃，相对湿度为40%至55%，但机房不同区域的温差较大，测量点准确。（2）根据供暖、制冷、空调协会(ASHRAE)的建议，冷却和加热通道分为两部分，以确定温度，从而可以更科学、更合理地表达机房计算机设备的要求。因此，空调通道设计温度为18~23℃，加热通道设计温度为28~33℃。该结构具有以下优点:提高了送风温度和热更换效率，即显着提高了冷却器的能效并节省了能源；（3）在过渡期间和冬季提供免费冷源冷却，并增加可使用时间；为终端精密空调干工况的运行提供了有利条件，为空气处理过程中的节能提供了巨大优势。

2.3 空气处理技术

(1)当前机房的负荷特点主要是超负荷热，由于机房内没有相关人员，室内的湿负荷可以忽略，末端空调设计的送风温度可以设为18℃，设计的回气温度可以设为28℃。夏天处理新鲜空气时，室外空气被视为室内空气的温度和温度，送到空调室；冬天不需要处理室外空气，只要过滤一下就可以了新风量设计为保持计算室内正压所需的风量。

2.4 室内精密空调设计

目前有两个主要形式，用于室内通风和冷却的最佳空调系统。一种是楼板下方空间的传统空调送风，另一种是水平送风。更精确地测量和控制空调的温度和湿度。在正常运行条件下，空调逻辑确定回气温度，调节冷却水控制阀，并调节送风温度。超过温度波动时，会发出报警信号。温度控制在15℃-30℃范围内时，温度控制精度为1℃。温度变化率必须小于5℃/小时。湿度控制可以采用两种形式进行，低湿度在设定值中电极式加湿罐加湿的作用；一旦达到湿度，加湿器就会停止。当湿度控制大于设定值时，制冷除湿或电加热会补偿除湿。

3 冷水站设计

3.1 系统设计

(1)高密度数据中心冷却源由10kV高压离心冷却装置提供，其供水参数为7℃，分为两个完全独立的冷水系统。系统1主要提供6个总密度模块、1个高可用性模块和辅助配电设施；系统2主要为三个高密度模块及其辅助配电设施提供服务。（2）系统1的计算冷却荷载为6500t，使用四组700USRT（3用1备）的集中式水冷却冷却器，备用容量约为设计荷载的10%，并考虑到可能的容量调整和稍后的较小容量扩展。考虑到业主方对模块化和高可靠性的设计要求，3+1配置是冗馀的，系统主机1对应于两个普通的高密度机械室模块，系统主机2对应于一个规则非常严格的高密度机械室模块，配置为当每个机柜的散热值为14.4千瓦时，内部温度会在40℃后约为1小时左右，但系统在断电后需要很长时间才能从柴油发电机组启动到冷却器，因此系统1和系统2的供水系统都连接到系统在中，提供冷源以取代主机。

3.2 免费冷源冷却

(1)机房设备加热是空调系统的主要负荷。在过渡时期和冬季，当室外温度已经低于机房温度时，充分利用免费室外空调对节约机房能源至关重要。结合本工程天气条件，设计采用节能方法直接冷却冬季闭式冷却塔。计划根据北京典型的年气候条件，在湿度低于7℃时开始户外使用。（2）根据统计计算，免费冷却时间为每年120d。冬季潮湿温度高于7 c℃，夏季空调设备功能齐全。（3）主冷却器和冷却水循环水泵可节省30%的运营费用。每组有450千瓦的电力，共6台，按3120h计算，每年可节省800万千瓦的电力。冷水机的功率为55千瓦，共6台，停机时间按每年3120h计算，每年节约100万千瓦的能源，具有很大的节能效果。

4 结语

一般而言，各高密度数据中心的空调系统因区域和气候而异，因此，在设计高密度数据中心的空调系统时，必须考虑到数据中心的地理特征，并设计适合当地居民需要的设计。当然，当今高密度数据中心的空调设计正在不断变化。毫无疑问，在不久的将来，科学和技术的进步将进一步改进空调系统的设计，并有助于为人们的工作和生活创造一个更加舒适和安全的环境。

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