IDC机房空调设计浅析

IDC机房空调设计浅析日期：2011-10-3111:18:08来源：摘要：在互联网数据中心(IDc)机房中，运行着大量的计算机，服务器等电子设备，这些设备中，使用了大量的集成电路和电子元件，对使用环境条件有严格的特定要求，不符合要求的运行环境会造成电子元气件的寿命降低，设备运行故障以及设备腐蚀等严重后果。而当前IDc机房空调普遍存在气流组织状态差、不能为数据设备体有效降温、室内空气洁净度不能满足国家规范的问题。作者根据多年来对IDC机房空调设计的标签：机房空调互联网数据中心(InternetDataCenter。简称IDC机房设备运行环境要求：1)IDC机房设备间的温度、湿度和尘埃对微电子设备的运行及使用寿命有很大的影响。(1)高室温会使元件效率急剧下降，低室温则会使磁介质等发脆、易裂;温度的过大波动致使微电子不能正常运行。(2)相对湿度过低，易产生静电而对微电子设备造成干扰相对湿度高会使微电子设备内部焊点和插座的接触电阻增大。(3)空气不洁净，产生的尘埃颗粒积聚，会使导线被腐蚀断掉。2)IDC机房空调设计应按设备生产厂家提供的机组运行环境要求进行设计，当通讯设备不能确定，提不出具体通讯设备环境要求时，可依据我国计算机房设计规范(GB50l74—93)。2IDC机房空调的特点1)设备的功耗大，发热量大。IDC设备在运行过程中，机柜的散热量大且集中，热负荷强度高，约在400～600W/m2左右。2)机房显热比高，散湿量小。IDC机房所得热量中，主要来自设备运行所产生的热量，显热约占总热量的95%左右，显热比通常高达0.85～0.95;机房散湿量较小，主要来自工作人员和渗入的室外空气，总散湿量约在8～169/In2。空气处理过程接近于等湿冷却的干式降温过程。3)温湿度控制精度要求高且稳定。IDC机房不仅要求温湿度的波动幅度不得超过规定的范围，而且对温度变化的梯度有明确的要求。4)需要全年持续、稳定的恒温运行。由于IDC机房的热负荷强度高，即使在冬季仍然需要空调系统进行供冷运行。5)送风量大，送、回风温差小。由于IDC机房显热量大，热湿比近似无穷大，送风相对湿度小、焓差小、风量大，换气次数达30次/h以上。6)洁净度要求较高。IDC机房应保持洁净的空调环境，以有利于通信的安全运行和延长设备的使用寿命。7)空调系统应具有高可靠性。IDC机房全年不间断运行，要求系统具有很高的可靠性，由此也要求空调系统应具有高可靠性。3当前lDC机房空调普遍存在的问题1)机房空调高能耗、低效率。IDC机房空调服务的对象是发热量集中的IDC设备，而现有机房空调技术测定的均是机房温度，往往呈现机房温度降下来但设备温度持续高温的状态，最终造成机房空调高能耗、低效率的状况。2)机房内部环境温度不均一，同一时间测定的不同区域温差有时可达5℃以上。这是机房气流组织差，不能将冷风有效地作用于设备体上所造成。3)机房设计远期规划不到位，机房扩容没有充分考虑机房空调的预留位置及检修条件。近年来随着信息业务的快速拓展，机房不断扩容，而多数机房沿用原机房局址扩容，出现使用原精密空调机致冷却能力不足量现象。后期的增设、检修不可避免地影响现有空调设备的运行，继而影响到机房环境温度的稳定。4)有些机房采用舒适性空调。采用舒适性空调无法保持机房温度恒定，造成电子元气件的使用寿命大大降低;无法控制机房湿度，导致微电路局部短路产生有破坏性的静电;风量不足和过滤器效果差，造成机房洁净度不够，灰尘聚集，造成电子设备散热困难，导致机房设备过热和腐蚀。5)有些机房不设备用空调。机房运行中如一台空调设备发生故障必须在很短时间之内对其完成维修，否贝lJ导致机房升温加快、设备故障发生。4IDC机房应采用机房专用恒温恒湿精密空调对于IDC机房来讲，要保证机房的环境稳定可靠，95%以上的热量均为显热量，需要高显热比机组，需要机房专用精密空调来实现，其特点如下。1)空调空气处理的焓差小，风量大。与相同制冷量的空调机相比，机房专用空调机的循环风量约大一倍，相应的处理焓差只有一半，出风温度高(13～15℃)。大风量、高风压，换气次数最小设计为30次/h，解决了机房整体降温问题。2)全年供冷。机房专用空调的设计能够适应室外温度变化的要求，在一40℃到+45℃区间保证空调24小时正常工作，包括降温和升温。3)温度基本无波动。机房专用空调温度调节精度为1℃，温度基本无波动。4)湿度控制精度高。机房专用空调的重要控制参数为湿度，可以达到±5%的控制精度。5)保障机房洁净。机房专用空调机标准配置的空气过滤器为中效过滤器，在空调机结构上预留亚高效或高效过滤器的安装位置或预留了安装附件，配合以大风量循环，保障机房洁净。6)控制严密。机房专用空调控制系统装备微型电子计算机控制器，能够对室内外环境进行监视，自动调节室内温湿度，具有自诊断功能，对机房中漏水、及发生火灾等情况进行监视和报警，另外，控制器可进行联机以及远程监控等。5设计有效的气流组织形式是机房空调重中之重IDC机房应有一个稳定、合理、温湿度分布均匀的运行环境，在配置机房精密空调时，要求冷风循环次数不小于30次/h、送风压力不小于75Pa，目的是在冷量一定的情况下，通过大风量的循环使机房内运行设备发出的热量能够迅速得到消除，且通过高送风压力使冷风能够送到较远的设备处，同时机房内部的加除湿过程缩短，湿度分布均匀。这就要求空调房间有合理的气流组织。气流组织通常为以下五种：上送下回、侧送侧回、中送上下回、上送上回及下送上回。IDC机房空调系统气流组织通常采用上送下回、下送上回及侧送侧回等几种气流组织。下面就传统的下送上回及上送下回两种方式的运用进行比较。1)下送上回气流组织这是传统上用的比较多的一种机房气流组织方式IDC机房内设架空的活动地板，活动地板空间用作空调送风的通道。空气通过在活动地板上装设的送风口进入机房或机柜内，回风通过机房顶棚上装设的风口回至空调装置，如图l所示。活动地板的空调送风口布置在机柜近侧底部，冷却空气从地板风口送出，低温空气即刻进入机柜，提高了机柜的冷却效果。这种方式不需送风管和送风口，空调设备的摆放可以灵活调整，同时可将通信工艺各类管线及空调专业管线均隐藏在活动地板内，从而使通信机房内显得整齐美观。但通过参观多数采用此种方式的机房，发现在实际的运用中与理论情况相差较远，运用中出现很多敝端如下：(1)实际使用中由于设备经常扩容，静电地板好多空间被线路占用造成送风通路狭小、送风不足，同时也造成机组送风阻力大而影响机组运行;(2)地板内长期积灰不易清理造成送风清洁度差及管理维护不方便;(3)加湿给水管、凝结水管都布置在活动地板内，出现问题不易发现，造成安全隐患，(4)活动地板的隐蔽性造成安全隐患不能及时发现，从而导致事故发生。综上所述，应根据机房的长远规划另外采用更合理的送风形式。2)上送下回气流组织上送下回气流组织是现在机房通常采用的全室空调送回风的方式，上送还可分为机房顶送、上部侧送两种形式，下回通常采用为机房的下部侧回形式，如图2、图3所示。这种气流组织方式的通信设备是上走线方式，气流由机房上部送到通信设备，与热空气交换后，从机房的下部的设备列间通道回到空调机组内。这种送风方式的缺点是：由于设备热空气向上流动，且设备自带风扇出风力强，致使冷风不能有效作用至设备内部，冷热风风力在设备半空抵消，从而使得房间最下部温度偏高，不能有效为设备体降温。但这种方式比下送风有着明显的优点如下：(1)由于风管内不易积灰，从而使空调机组的过滤网使用时间长，减少维护管理的工作量，且送风清洁，通信设备较好保持清洁;(2)空调机组所需加湿给水管、凝结水管均为明布置，一旦有漏水现象，能快速发现，及时排除，消除引起机房安伞隐患;(3)通信设备一般多是分期分批、逐步安装，空调设备也可与通信设备同步分批安装，利于扩容建设。通过上述比较，笔者认为：为保证安全生产，应考虑采用上送风方式，不建议采用下送风方式。在规划初期进行通信设备走线设计时，尽量做到统一规划、合理设计，设备专业和空调专业密切配合、协调布置，走线架和空调风口有序错开，风口有效布置在设备列问，不要采用散流器送风，而代之以直吹式的双层百叶风口，保证有足够的风压使空调送风可有效作用到设备底部，设备专业考虑通畅的回风通道，也可取得很好的空调效果。6IDC机房空调设计应充分应考虑维修方便并为扩容预留条件一般在工程初期时通信设备少，管线少，且开始管线的布置也是整齐有序，能保证有足够的空间给空调送风用。随着机房建设的发展，多数机房仍沿用原机房局址进行扩容而成，常见如下问题：1)使用原精密空调机组跟不上机房建设发展的需求，产生机房冷却能力不足，而后期空调扩容跟不上，造成机房正常运行的极大隐患;2)没有备用空调。为保证通信设备正常运行、通信不中断，使用中如一台空调设备发生故障必须在半小时之内对其完成维修或更换，工作难度相当大;更换过程中不得不安装临时分体空调以保证通信设备正常运行。3)没有足够检修空间，造成空调设备检修特别困难，工作难度相当大，在实际使用过程中，使用单位反映问题也比较多。所以在机房设计时一定要做过远期规划和近期规划的合谐合理统一，不能只顾眼前方便而忽略发展预留足够的空调增容及检修条件，否则会带来后期隐患而进行补救时付出更大代价。7小结设计IDC机房时，要各专业紧密配合，远期和近期统一规划、合理设计。空调专业要保证为机房提供良好的运行环境，采用机房专用恒温恒湿精密空调，合理设计气流组织，充分考虑机房空调的备用、检修及扩客空间。合理设计机房空调是保证机房安全生产的必备前提条件。