机房空调与气流组织(参考)

机房空调与气流组织（参考）机房空调特点精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制，精密空调系统具有高可靠性，保证系统终年连续运行，并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性，可以保证数据机房四季空调正常运行。一、机房为什么需要精密空调在许多重要的工作中信息处理是不可或缺的一个环节，因此，公司的正常运转离不开恒温恒湿的数据机房。IT硬件产生不寻常的集中热负荷，同时对温度或湿度的变化又非常敏感。温度或湿度的波动可能会产生一些问题，例如，处理时出现乱码，严重时甚至系统彻底停机。这会给公司带来巨大的损失，具体数额取决于系统中断时间以及所损失数据和时间的价值。标准舒适型空调的设计并非为了处理数据机房的热负荷集中和热负荷组成，也不是为了向这些应用提供所需的精确的温度和湿度设定点。精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制，精密空调系统具有高可靠性，保证系统终年连续运行，并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性，可以保证数据机房四季空调正常运行。（一）机房温度和湿度设计条件保持温度和湿度设计条件对于数据机房的平稳运行至关重要。设计条件应在22℃~24℃(72℉～75℉)和35%~50%的相对湿度(R.H.)。与环境条件不合适可能造成损坏一样，温度的快速波动也可能会对硬件运行产生负面影响，这就是即便硬件末在处理数据也要使其保持运行状态的一个原因。相反，舒适型空调系统的设计只是为了在夏天35℃(95℉)的气温和48%R.H.的外界条件下，使室内的温度和湿度分别保持27℃(80℉)和50%R.H.的水平。相对而言，舒适空调没有专用的加湿及控制系统，简单的控制器无法保持温度所需的设定点(23士2℃)，因此，可能会出现高温、高湿而导致环境温湿度较大范围的波动。（二）机房环境不适合所造成的问题如果数据机房的环境不适合，将对数据处理和存储工作产生负面影响，可能使数据运行出错、宕机，甚至使系统故障频繁而彻底关机。1.高温和低温高温、低温或温度快速波动都有可能会破坏数据处理并关闭整个系统。温度波动可能会改变电子芯片和其它板卡元件的电子和物理特性，造成运行出错或故障。这些问题可能是暂时的，也可能会持续多天。即使是暂时的问题，也可能很难诊断和解决。2.高湿度高湿度可能会造成磁带物理变形、磁盘划伤、机架结露、纸张粘连、MOS电路击穿等故障发生。3.低湿度低湿度不仅产生静电，同时还加大了静电的释放，此类静电释放将会导致系统运行不稳定甚至数据出错。（三）机房专用空调与普通舒适空调的区别计算机机房对温度、湿度及洁净度均有较严格的要求，因此，计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别，表现在以下5个方面：1．传统的舒适性空调主要是针对于人员设计，送风量小，送风焓差大，降温和除湿同时进行；而机房内显热量占全部热量的90％以上，它包括设备本身发热、照明发热量、通过墙壁、天花、窗户、地板的导热量，以及阳光辐射热，通过缝隙的渗透风和新风热量等。这些发热量产生的湿量很小，因此采用舒适性空调势必造成机房内相对湿度过低，而使设备内部电路元器件表面积累静电，产生放电从而损坏设备、干扰数据传输和存储。同时，由于制冷量的（40％～60％）消耗在除湿上，使得实际冷却设备的冷量减少很多，大大增加了能量的消耗。机房专用空调在设计上采用严格控制蒸发器内蒸发压力，增大送风量使蒸发器表面温度高于空气露点温度而不除湿，产生的冷量全部用来降温，提高了工作效率，降低了湿量损失（送风量大，送风焓差减小）。2．舒适性空调风量小，风速低，只能在送风方向局部气流循环，不能在机房形成整体的气流循环，机房冷却不均匀，使得机房内存在区域温差，送风方向区域温度低，其他区域温度高，发热设备因摆放位置不同而产生局部热量积累，导致设备过热损坏。而机房专用空调送风量大，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平均得到冷却。3．传统的舒适性空调，由于送风量小，换气次数少，机房内空气不能保证有足够高的流速将尘埃带回到过滤器上，而在机房设备内部产生沉积，对设备本身产生不良影响。且一般舒适性空调机组的过滤性能较差，不能满足计算机的净化要求。采用机房专用空调送风量大，空气循环好，同时因具有专用的空气过滤器，能及时高效的滤掉空气中的尘挨，保持机房的洁净度。4．因大多数机房内的电子设备均是连续运行的，工作时间长，因此要求机房专用空调在设计上可大负荷常年连续运转，并要保持极高的可靠性。舒适性空调较难满足要求，尤其是在冬季，计算机机房因其密封性好而发热设备又多，仍需空调机组正常制冷工作，此时，一般舒适性空调由于室外冷凝压力过低已很难正常工作，机房专用空调通过可控的室外冷凝器，仍能正常保证制冷循环工作。5．机房专用空调一般还配备了专用加湿系统，高效率的除湿系统及电加热补偿系统，通过微处理器，根据各传感器返馈回来的数据能够精确的控制机房内的温度和湿度，而舒适性空调一般不配备加湿系统，只能控制温度且精度较低，湿度则较难控制，不能满足机房设备的需要。综上所述，机房专用空调与舒适型空调在产品设计方面存在显著差别，二者为不同的目的而设计，无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。目前，国内许多行业，如金融、邮电通信、电视台、石油勘探、印刷、科研、电力等已经广泛采用，提高了机房内计算机、网络、通信系统的可靠性和运行的经济性。二、机房空调的特点(一)显热量大机房内安装的主机及外设、服务器、交换机、光端机等计算机设备以及动力保障设备，如UPS电源，均会以传热、对流、辐射的方式向机房内散发热量，这些热量仅造成机房内温度的升高，属于显热。一个服务器机柜散热量在每小时几千瓦到十几千瓦，如果是安装刀片式服务器，散热量会高一些。大中型计算机房设备散热量在400W/m2左右，装机密度较高的数据中心可能会到600W/m2以上。机房内显热比可高达95%。(二)潜热量小不改变机房内的温度，而只改变机房内空气含湿量，这部分热量称为潜热。机房内没有散湿设备，潜热主要来自工作人员及室外空气，而大中型计算机机房一般采用人机分离的管理模式，机房围护结构密封较好，新风一般也是经过温湿度预处理后进人机房，所以机房潜热量较小。(三)风量大、焓差小设备的热量是通过传导、辐射的方式传递到机房内，设备密集的区域发热量集中，为使机房内各区域温湿度均匀，而且控制在允许的基数及波动范围内，就需要有较大的风量将余热量带走。另外，机房内潜热量较少，一般不需要除湿，空气经过空调机蒸发器时不需要降至零点温度以下，所以送风温差及焓差要求较小，为将机房内余热带走，就需要较大送风量。(四)不间断运行、常年制冷机房内设备散热属于稳态热源，全年不间断运行，这就需要有一套不间断的空调保障系统，在空调设备的电源供给方面也有较高的要求，不仅需要有双路市电互投，而且对于保障重要计算机设备的空调系统还应有发电机组做后备电源。长期稳态热源造成即便在冬季机房内也需要制冷，尤其是在南方地区，更为突出。在北方地区，如果冬季仍需制冷，在选择空调机组时，需要考虑机组的冷凝压力和其他相关问题，另外可增加室外冷空气进风比例，以达到节能的目的。(五)送回风方式较多空调房间的送风方式取决于房间内热量的发源及分布特点，针对机房内设备密集式排列，线缆、桥架较多以及走线方式等特点，空调的送风方式分为下送上回、上送上回、上送侧回、侧送侧回。(六)静压箱送风机房内空调送回风通常不采用管道，而是利用高架地板下部或天花板上部的空间作为静压箱送回风，静压箱内形成的稳压层可使送风均匀，使空间内各点静压相等。(七)洁净度要求高电子计算机机房有严格的空气洁净度要求。空气中的尘埃、腐蚀性气体等会严重损坏电子元器件的寿命，弓起接触不良和短路等，因此要求机房专用空调能按相关标准对流通空气进行除尘、过滤。另外，要向机房内补充新风，保持机房内的正压。根据《电子计算机机房设计规范》规定，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0.5m的尘粒数，应小于18000粒。主机房与其他房间、走廊间压差不应小于4.9Pa，与室外静压差不应小于9.8Pa。三、机房建筑与空调的关系(一)机房楼层的选择和空调的关系机房的楼层最好选择在大楼的二、三层，因为每一台精密空调都有一台室外机组(冷凝器)，机房安装的环境往往直接影晌到精密空调的制冷效果，因此对于精密空调外机的安装也需予以必要的考虑，一般精密空调外机多安装于裙楼顶层或大楼顶层的平台等通风散热比较好的地方，而其与内机的距离则一般为外机往上12M（约3层楼），往下4M（约1层楼）。距离太长效果则差，因此在楼层选择方面对此也需给予充分的考虑。(二)机房围护结构与节能建筑节能主要从两方面进行：一是提高建筑物供暖、空调设备的效率以及改进运行管理方式；二是改善建筑物围护结构的热工性能，增强建筑物自身的隔热、防热能力，降低室外气候对室内环境产生的不利影响，减少建筑物的供暖空调负荷。从节能角度出发，建筑物的窗墙比即指窗户洞口面积与房间立面单元面积(含窗洞面积)的比值，必须受到一定限制。GB50176一1993《民用建筑热工设计规范》规定:当建筑物外部窗户采用单层窗时，窗墙比不宜超过0.3，当采用双层窗或者单框双层玻璃时，窗墙比不应大于0.4。在选择机房场地时，主机房的房间宜尽量减少外墙和外窗，如不可避免时，尽量将机房设在北侧，也可将有外窗一侧设置内部通道或者将外窗封闭。机房的外墙、相邻的非空调房间或温差较大的空调房间的内墙、楼板、顶棚应采用保温材料做绝热措施，避免在机房的另一侧产生结露现象。(三)机房建筑平面与机房空调机房的建筑平面和空间布局应具有适当的灵活性，主机房的主体结构宜采用大开间大跨度的柱网，可以提高机房的使用率，空调气流通畅。1.空调系统化分原则机房在平面布局上一般包括主机房、基本工作间、第一类辅助房间、第二类辅助房间、第三类辅助房间，空调系统化分时要遵循以下原则:(1)能保证室内要求的参数。即在设计条件和工作条件下均能保证达到室内温度、相对湿度、净化的要求。(2)对环境温湿度、洁净度工作时间要求一致的房间集中布置。(3)初投资和运行费用综合起来较为经济。(4)便于管理且维护简单。(5)尽量减少一个系统内的各房间相互的不利影响。(6)要尽量减少送风距离。2.机房平面布局与空调系统(1)机房分布在同一楼层。中小型计算机机房，主机房、基本工作间与辅助房间一般设置在建筑物的一个楼层。主机房的各个房间，如主机及外设室、网络机房、磁带机房宜集中布置，采用机房专用空调系统，专用空调机组宜布置在相邻的房间内并且靠近给排水接点。基本工作间、辅助房间采用舒适性空调系统，可利用建筑物原有中央空调或者根据功能房间的需要采用独立的舒适性空调系统。(2)机房分布在一个建筑物多层或一个建筑群。大型计算机机房，规模较大，根据数据处理业务类别不同，一般分布在一个建筑物多层，或者一个建筑群中。在机房布局时，宜将主机房设置在一个建筑物的较低楼层，采用机房专用空调系统，分层设置空调区，各层专用空调机组宜安装在建筑物的同一侧，便于冷媒管、给排水干管统一安装。基本工作间和辅助房间可根据与主机房的关系分布在其他楼层或其他建筑物中，采用建筑物中央空调或独立的舒适性空调系统。(四)机房建筑空间与机房空调机房建筑空间上应满足特殊气流组织形式的要求，机房净高(高架地板距天花板高度)，应按机柜高度、线槽走线形式、通风要求确定，宜为2.4~3.0m。如果采用下送风上回风方式，高架地板下高度宜在350mm以上，天花板距主梁的高度宜在300mm以上，同时可以敷设各类管线。如室内回风，也宜留有一定的空间，根据美国2005年4月发布的TIA942《数据中心通信基础架构标准》中规定:大中型数据中心机房天花板距最高设备顶部宜留有460~600mm空间;如果采用上送风方式，则高架地板下只需满足线槽安装即可，适用于层高较低机房。机房空调的负荷计算一、机房得热量及冷负荷(一)机房得热量在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个空调房间的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。如果得热量为负值时称为耗热量。根据性质不