数据中心水冷空调管路系统工艺设计难点及解决策略

牛 琳，王志广，王世通

（1.中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，山东 济南 250101；2.吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

1 管路系统总体工艺要求

水系统管路设计及现场照片如图1所示。管路系统总体工艺要求如下文所述。

图1 空调水系统管路设计及现场照片

（1）冷冻水管（双供双回）末端采用直通管或环管。供水管路上安装截止阀、温度计、压力表及过滤器，末端位置设置排气阀等；回水管路上安装截止阀、温度计、压力表及平衡阀，末端位置设置排气阀等；如需增加一重安全保障，相邻两组（双供双回）水管可做旁通管路。

（2）冷冻水供回水管敷设于架空地板下，需要做好相关防水、挡水、漏水告警、排水设计及施工管理，避免水管或链接软管漏水损坏设备机架。设置专用泄水槽及挡水围堰，泄水槽内管道及支架不应阻挡排水。机房地面做防水前预埋膨胀螺栓，供后期管道支架安装。膨胀螺栓与楼板缝隙间填充防水材料，做好地面防水及坡度，确保及时通畅排水。

（3）冷冻水供、回水管敷设坡度不小于0.003，水系统中的最低点处应配置如DN25的泄水管，并配置相同管径的全铜截止阀；在最高点处，应配置如DN20的全铜自动排气阀。排气阀前同样安装截止阀。

（4）冷凝水管敷设坡度不小于0.003，空调冷凝水最终排至本机房内就近地漏。冷凝水管干管始端设置扫除口。另外，空调冷凝水管必须做充水实验，无渗漏为合格。

管道的支、吊、托架，应置于保温层的外部，在穿过支、吊、托架处应镶以垫木。多根管道共用支吊架或管径大于300 mm的单根管道吊架，宜采用门型抗震支吊架。管道抗震支吊架不应限制管线热胀冷缩产生的位移，空调管道管径大于或等于DN65的水平管道。当其采用吊架、支架或托架固定时，应设置抗震支承。管路敷设安装剖面示意如图2所示。

图2 管路敷设安装剖面示意图

2 管路系统管径设计要求

数据中心单个机房内以每个冷通道为单位，每个冷通道内根据主用空调冷量、供回水温差如5～6 ℃、比摩阻100～300 Pa/m计算管径。通常，电源机房冷冻水房间级空调单台100～140 kW空调供回水管管径DN80；主设备机房冷冻水列间空调同一冷通道共用双供双回管路管径选择DN100或DN125；传输机房同侧多台冷冻水房间级空调共用双供双回水管管径选择DN125或DN150及以上。冷冻水管路系统常用到4种管径可参考查询表1[2]。

表1 管径速查表

3 管路系统空间布局要求

3.1 水平布局

（1）机房内管路布局应建设防水围堰，要求如下。

4.融入人才培养。深入开展“党旗领航·双培双推”行动，把党员培养成骨干，把骨干培养成党员，通过这种以点带面，层层深入的方式，不断提高其自身的政治素质，推进优秀员工积极向党组织靠拢。

范围要求：防水围堰应布置在冷凝水排水管、冷冻水供回水管、进水管、恒湿机及空调设备等涉水区域[3]。

边界要求：以“几”字形沿行级空调底座外边沿、机柜底座内边沿布设，将行级空调、冷冻水管及其他水管全部布局在防水围堰湿区范围内，要求围堰围绕整个行级空调外延，以便确保冷冻水管路无论前、后接管都能被包在围堰内。要求围堰在机柜底座内边沿，以便确保冷通道内冷冻水干管管路敷设空间最大化，便于施工及维护。

（2）在1 200 mm宽的冷通道地板下排布4根冷冻水管（双供双回）时，涉及冷凝水排水管是否在冷通道内敷设。当冷冻水管双供双回管径为DN100时，冷通道剩余空间可敷设DN50冷凝水排水管；当冷冻水管双供双回管径为DN125及以上时，则冷通道内没有空间敷设冷凝水排水管，需要在相邻热通道内敷设。主设备机房管路路由图及现场照片如图3所示。

图3 主设备机房管路路由图及现场照片

（3）冷冻水管出管位置水平空间受到机房走线井和消防井限制，采用双供双回水管带多列空调，减少水管数量增大管径，可满足出管减少占用空间，同时经测算也满足空调水量。

（4）靠近门口的冷通道由于受斜坡和踏步下方空间限制，此冷通道地板下敷设2根冷冻水管（一供一回），另外2根冷冻水管需要在相邻热通道地板下方敷设。冷冻水管路系统常用4种管径的水平占用空间尺寸可参考查询表2。

表2 水平干管占用水平空间速查表（单位： mm）

3.2 垂直布局

（1）电源机房空调间内为美观整洁，可铺设架空地板。管路敷设于地板下，要求防静电架空地板下沿的净高至少500 mm。电源机房内冷冻水干管及支管常用管径DN80、DN100。组件包含水管支架、温度计、压力表、过滤器、阀门阀柄、空调末端支管等，总体高度约为500 mm。地板上采用冷冻水房间级空调上送风下回风方式，空调设备高约2 000 mm，要求空调间与电力设备间隔墙的高度与空调机组出风口下沿同高，上部加装送风帽或送风管。另外，空调回风需在空调间隔墙下半区域开洞，回风口洞下沿与空调间地板上沿同高，并在洞口设置回风口单层百叶及过滤装置[4]。电源机房管路系统示意图及现场照片如图4所示。

图4 电源机房管路系统示意图及现场照片

（2）网络机房（同IT、IDC等服务器机房）要求防静电架空地板下沿距地面净高至少650 mm，采用冷冻水列间空调水平送回风形式时，在冷通道地板下空间敷设冷冻水管常用管径DN125或管径DN100。主设备机房管路高度要求及现场照片如图5所示。

图5 主设备机房管路高度要求及现场照片

（3）传输机房对防静电架空地板高度要求较高，因通常采用下送风房间级空调，地板下作为送风静压箱同时兼顾敷设冷冻水管路，要求地板下沿净高至少750 mm。地板下空间敷设冷冻水管常用管径DN150。

上述3种代表性的不同功能的机房，根据管路承载总冷量选用不同管径时，敷设管路、水管支架、温度计、压力表、过滤器、阀门阀柄、空调末端支管等的垂直空间总体高度可参考查询表3。

表3 垂直空间干管高度占用空间速查表（单位：mm）

4 工程实践中需要注意的问题

（1）因在机房内地板下空间有限，网络机房的供水管过滤器不便于操作维护，研究后提出了优化方案，可将每根供水管过滤器由机房内地板下移位到走廊侧立管上，将过滤器前后的压力表同步调整到走廊侧立管上，原过滤器配套的温度表依旧保留在机房内地板下，同时在地板下增加1个压力表。

（2）机房走廊侧踢脚线高度100 mm，立管进机房是水平干管距地面高度至少100 mm。可将管道支架高度设置为150 mm，使出管位置避开踢脚线。

（3）管路系统受多个界面的高度影响，且各界面间存在一定的制约性，如地板架高高度、标准机柜高度、3层走线架每层厚度及层间间距，还受机房层高、消防喷头距地面净空间影响，也会受经常被忽略的机房地面防水层等处理后的增高厚度影响。其他高度要求尽可能克服困难，必要时降低要求，以满足管路系统及附属设施的施工及维护的总高度空间要求。

（4）电源机房空调间内要求架空地板下敷设冷冻水管路，架空高度要便于管路阀门等操作维护，且上送风气流路径要避免被走线架等阻挡。上送风冷冻水空调含底座、设备本体及风帽后，风帽上沿距地面约2 950 mm，这就要求隔墙前上方电缆走线架标高要高于2 950 mm，可避免阻挡送风。

（5）当遇到走廊侧进机房前的下立管位置与消防栓、柱体等冲突时，解决方案有两种：如果是电源机房，因有单独的空调间防水，可将立管移至空调间内下管；如果是网络机房，机房内侧不允许有立管，则需要在走廊侧水平干管出管的高度先拐至不冲突的位置，再下立管，确保美观。

5 结 论

数据中心水冷系统需根据不同管径规划合适的敷设空间及高度，并对各专业提出地板架空高度等各细节要求。为避免增加多余的管路弯头，尽可能降低局部阻力，务必考虑大、小机电预留接管的对接位置，机房内至走廊出管位置，以及与消防箱、上线井、消防井避免冲突等。电力机房空调间内要做到管路、阀门美观并便于维护，空调设备送回风避免短路，回风过滤网便于拆换。大型数据中心水冷系统庞大，管路系统错综复杂，且使用年限较设备更新换代周期长，因此测算空调系统冷冻水管径务必要考虑设备功率密度的长远规划。