机房空调系统浅谈

文｜广西联信科技顾问有限责任公司 刘裕森

机房空调系统是各类设备处于最佳的运行状态的保障设施，必须精心规划。

1 机房环境的特点

中心机房安装有大量的计算机设备，计算机处理速度越来越快、存储量越来越大、体积越来越小是机房的发展趋势，也就是说单位面积的散热量变得越来越大。

（1）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。大中型数据中心机房设备散热量在400W/m2左右，装机密度较高的数据中心可能会到600W/m2以上。

（2）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。长期稳态热源即使在冬季机房内也需要制冷，尤其是在南方地区，更为突出。

（3）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入机房，所以机房潜热量较小。

（4）洁净度要求高

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，引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。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0.5μm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。

2 空调系统划分原则

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，空调系统划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。

3 机房平面布局与空调系统

（1）机房分布在一个建筑物多层或一个建筑群。大型机房规模较大，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。

（2）机房分布在同一楼层。中小型机房，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。

（3）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，也预留有一定的空间，根据美国2005年4月发布的《数据中心通信基础架构标准》TIA 942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。

4 机房气流组织

大中型数据中心机房的电子设备密集布放，总冷负荷比较大，每平方米大约在300～600W，有的甚至更高，其中设备冷负荷占到80%以上。针对于机房的余热量大、发热源集中的特点，就需要有合理的气流组织的分配和分布，有效地将机房内的余热消除，保证电子设备对环境温湿度、洁净度、送风速度以及人员对舒适度的需要。

（1）气流组织确定

机房的气流组织形式有下送上回、上送侧回（下回）方式，气流组织形式的确定要考虑以下几个方面：

◆ 首先要依据设备冷却方式、安装方式，如设备或机柜自带冷却风扇或冷却盘管，目前较常见的设备和机柜的冷却方式都是从前面进风，后面或上部出风；

◆ 冷量的高效利用。使散热设备在冷空气的射流范围内；

◆ 机房建筑结构、平面布局。机房各个系统的建设要依托于建筑环境中，也会受到建筑层高、形状、面积等因素得制约。

（2）气流组织形式

◆ 上送侧回（下回）方式

上送侧回通常是采用全室空调送回风的方式，适用于中小型机房。上送风可分为机房顶送或紧靠机房顶下的上部侧送两种形式，后者较为常用。由顶部或侧上方送风的气流首先与室内空气混合，再进入设备或机柜内。机房顶部安装散流器或孔板风口送风，工作的气流小且均匀，人有良好的舒适感。但大多数计算机机柜的冷却的进风口是在下部或前方，排风口在机柜的上部。这样，顶部的送风气流先与机柜处上升的热气流混合，再进入机柜冷却设备，影响了机柜的冷却效果。由于机柜进风温度偏高，机柜内得不到良好的冷却效果，必然造成机柜内温度偏高，导致计算机不能进行正常的工作，如图1所示。

采用上送侧回的气流组织，对于散热量较大的机房，只有采用较低的送风温度（13℃～16℃），来维持机房内温湿度以及机柜散热的需要，这样会造成能源的浪费，而且较低的送风温度对工作人员也会带来不舒适的感觉。

图1 上送侧回气流组织（上部风帽侧送风）

上送侧回方式通常可在建筑层高较低时，机房面积不大时采用，但要保证送回风气流畅通，不被设备阻挡。空调机组送风出口处宜安装送风管道或送风帽，如采用管道送风，送风口可使用散流器或百叶风口。回风可通过室内直接回风，如有不同空调房间时，也可采用管道回风，但较少采用地板下回风。

◆ 下送上回方式

下送上回方式是大中型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速进入冷却设备，热力环流能有效利用冷空气冷却效率，因为热空气密度小、轻，它会往上升；冷空气密度大、沉，它会往下降，填补热空气上升留下的空缺，形成气流的循环运动，这就是热力环流。热力环流不同于水平流动的风，它是空气上下垂直的对流运动，冷与热激发出气流缓慢的运动。跟风不一样，风能够改变局部环境的气候，而热力环流是气流运动的原始动力。利用气流的原始动力，可以不用设置动力设备，同样达到最佳的冷却效果，如图2所示。

图2 下送上回气流组织

◆ 弥漫式送风方式

有的空调设备生厂商开发了一种新型的送风方式，即弥漫式送风，其制冷原理是依据冷热空气的热力环流进行设备的冷却。相对于下送风方式，弥漫式送风不需要架空地板，而单位面积的热负荷可提高10%，同时房间层高降低。这种送风方式适用于小型机房，且送风距离宜控制在15m。

5 结束语

机房空调系统是整个机房设备有效运转的基础，正确设计机房空调系统，可以延长设备的使用寿命，因此在进行机房空调系统设计研究时，应多方面考虑，包括设备制冷负荷、气流组织等。

1 张成泉等. 机房工程. 中国电力出版社.2008 年12 月

2 林小村主编.《数据中心建设与运行管理》. 科学出版社.2010 年4 月