数据中心机房空调系统设计方法研究

李楠

摘要：本文主要通过对数据中心机房空调系统的设计进行优化与分析，总结当前机房局部温度过高的问题，分析气流分布等情况提出有效的改进措施，确保数据中心机房空调系统运行维护的整体效果。数据中心机房设备数量众多，需要高负荷运行，因此会产生大量的热能。在数据中心机房中配备空调系 统，能够有效降低室内温度，营造安全稳定的运行环境。

关键词：数据中心;机房空调;系统设计;设计方法

一、数据中心机房空调系统设计的必要性

数据中心机房是整个数据管理中心，每时每刻都在处理大量的数据信 息，常常处于超负荷运转状态，导致数据中心机房设备运行效率过高，能 源资源消耗量大，产生大量热量。如果没有做好及时散热必然会导致机房 温度升高，长此以往会使设备老化加剧，不利于设备的稳定运行。通过空 调系统可以有效降低机房内部温度，促进空气循环，保障机房设备的稳定 运行。数据中心空调系统至关重要，能够有效避免高温老化问题，延长机 房设备的整体使用寿命。但是在空调系统长期运行的过程中经常会出现能 耗过大、噪声过大等问题，因此要加强对机房空调系统的全面优化与处理，节约能耗，减少环境污染，为机房的稳定运行提供多重保障。

二、数据中心机房空调系统设计的主要原则

（一）合理性原则

在数据中心机房空调系统设计的过程中最重要的就是严格按照机房的 实际特点进行分析，将内部环境与外部环境紧密结合，明确数据中心机房 计算机房的具体建设位置和设备的布局。根据当地所处的气候环境特点进 行分析，制定科学合理的气流组织优化方案，将所有可能潜在的影响因素 进行综合分析与处理，加强数据中心机房设计管理的整体控制效果。

数据中心机房所有设备必须保证全年不间断运行，如果对数据中心机 房内部空调系统进行设计优化，必然会改变内部环境，要尽可能确保数据 中心机房稳定运行原则下对气流组织进行协调优化。在选择优化方案时要 尽量考虑性价比，保证以最少的成本获得最大的效果。

（三）可靠性原则

数据中心机房的建设，直接关系到数据信息的处理和控制效率，如果 数据中心机房出现运行故障，会造成巨大的损失。在针对数据中心机房空 调系统设计优化时要尽可能保证数据信息安全并得到妥善管理，然后对数 据中心机房进行气流组织优化。

三、数据中心机房空调系统的主要构成

（一）精密空调

机房精密空调系统通过功率不同的机组，共同负担机房的恒温恒湿任 务，空调机组的进出水温度可为 10/15℃，机房环境要求具体如表 1 所示。空调通过 N+2 主备份冗余设计，将机房精密空调与恒湿机组成空调群，与 物联网数据中心和中控系统平台共同连接。任何一台设备发生故障后或者 长时间运行后都可以实现自启动，确保整个数据中心机房内部的温度湿度 保持在相应的环境范围中，提高了空调系统运行维护的效果。

（二）可行性原则

（二）风冷冷水机组

在室外可以就近设置自然冷却风冷冷水机组，尤其是在冬季或者春秋 过渡季节。通过自然冷却模式既能够有效减少能源资源消耗，也能够为空 调提供稳定能源，实现绿色节能。

（三）湿膜加湿器

在数据中心机房要增加 1～2 台专用的湿膜加湿机，每台加湿量不小于 14kg/h。通过独立的湿膜加湿器不仅能够节约能耗 90%以上，也能够将加 湿冷却水送至供水回路，实现水资源的循环再利用。

（四）动力环境监控系统

环境监控系统能够对数据中心机房内部温度湿度进行实时监控，包括 双路供电自启动模式，利用柴油发电机作为应急备用电源，为整个空调系 统的运行提供充足的电力保障。监控系统还能够与数据中心相互连接，针 对环境温度供水温度管道接入新风系统，配电安防消防等相关数据进行全 面监控，提高了对数据中心机房空调系统管理的质量。

四、数据中心机房空调系统的节能设计

（一）对机房布局进行合理优化

根据最新的数据统计显示，数据中心总耗电量的 45%为空调系统耗电 量，对空调系统节能降耗优化设计刻不容缓。目前在空调系统设计中要尽 可能结合建筑布局和设备选型等因素进行充分考虑，满足节能降耗需求。数据机房对光照度要求低，但是对恒温恒湿条件要求高。在建筑物设计中 应该在首层设置各类机房，有效减少阳光植入，在外墙可以采用实体保温 材料建筑规划的合理性和规范性，同时保证机房内部恒温恒湿。

（二）机柜设备的优化

机房内部机柜的整体布局会直接影响空调系统的散热效果，如果在机 房内部机柜采用背对背或面对面的布局方式。在中间设置冷通道，当机柜 热气传输后经过机柜背部的热通道快速排出，形成冷热双通道分离，使整 个机房内部气流通道，冷热能量通道更加通畅，实现了能源资源循环提高 了机柜的散热效率，达到节能降耗的目的。

（三）冷水机组设备提高能效

由于数据中心机房需要全年无休连续运转，负荷没有明显变化，需要 保障冷却系统的稳定运行。通过采用自然冷却风冷冷水机组作为冷源，在 秋冬季节可以实现自然冷却的节能模式，通过将自然冷却冷源与电制冷方 式相结合，能够有效取代一部分电能消耗在冬季，室外温度会远低于回水 温度可以依靠冷水机组自然冷却来获得足够的低温冷却水，当采用风冷冷 水机组时出现自然冷却的模块，完全实现免费功能，不需要启动压缩机。

五、优化空调系统的气流组织方式

（一）改造通信设备

在数据中心机房运行维护中通信系统会产生大量的能源能量，使得室内 温度上升，为了确保通信系统稳定在恒温恒湿的环境下正常工作，必须对整 个数据中心气流组织进行有效分析。首先，要结合不同类型的通信设备所产 生的热量进行全面判断，通过科学合理化改造来保障整个系统的运行质量。

如果部分通信设备散热开口过小，造成内部散热质量差，可以适当增加通信 设备，散热面板的孔数提高散热效率，也能够增加通风量使得设备内部温度 降低。其次，要根据不同的设备环境和散热情况选择合理的布置方式。例如，对于散热较大的设备要靠近空调，而对于散热较小的设备可以适当远离空调。

（二）改善空调的布置形式

空调出风口的位置会直接影响空调的送风量以及送风距离，也会对整 个机房的气流组织造成严重干扰，所以对空调的布置形式改造十分关键。为了进一步降低空调送风系统的能源资源消耗，减少电费成本，需要对空 调布局进行合理布局，例如将空调出风口设置为最大辐射面积，出入风口 的距离要按照空调远程送风能力进行合理优化与判断，保证空调送风方向 一致，避免出现冷热空气相混淆的问题，具体如图 2 所示：

（三）冷通道封闭优化

通過对冷通道内部的气流组织进行封闭，可以极大提升能量的利用效 率降低能源资源消耗，将通道内部的冷气进行封闭处理，迫使冷气流强行 通过散热设备，有助于缩短冷气流与设备之间的距离，促使冷空气的能量 得到充分利用，可以提高冷空气流的利用效果，减少能源资源消耗等问题。

结束语：

数据中心机房运行中离不开空调系统，为了降低空调系统的能源资源 消耗提供冷却效率保证空调系统稳定运行，维持数据中心机房恒温恒湿，必须要加强对空调系统进行节能优化，通过合理规划机房布局，优化机柜 设备形式提高空调设备能效比。同时对空调系统的气流组织方式进行妥善 优化，能够因地制宜，增强空调系统的冷却性能，减少资源的浪费，提高 系统运行的稳定性和有效性。

参考文献：

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[2]闫涛，郑匡庆，方旭寅. 绿色数据中心机房空调系统节能与露点温 度的关系分析[J]. 节能，2019，38（11）：3.

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