探究不同空调送风方式在数据中心的应用

探究不同空调送风方式在数据中心的应用

王振利

上海艺佳建设发展有限公司上海200062

摘要：随着计算机行业的快速发展，带动了数据中心设备的数量、种类逐渐增多，导致机房内部温度过高。为了提高设备运行合理性，需要加强机房内部温度的有效控制。本文针对上送风、地板下送风、列间式侧送风、空调送风等进行了详细分析，并提出了中心空调的设计方法。

关键词：数据空心；空调送风；上送风；地板下送风，列间式侧送风

引言

数据中心内部有大量网络交换设备、IT设备、UPS配套设备，需要考虑室内空间的温度、湿度，为此，需要配置空调系统。为了保证数据中心设备散发热量的快速处理，需要加强空气相关参数的合理控制，避免设备、重要零部件使用寿命下降。为了实现节能、环保的目的，一般采取直接送风方法。不同空调送风方法对数据中心制冷效果有所差异，需要加强不同方法的散热效果、制冷效率分析。

一、中心机房的环境要求

数据中心包括主机房、辅助区、行政区几部分，根据国家行业规范可划分为三个级别，本文针对《规范》A级数据中心的空间参数要求进行了探讨。

表1《规范》中A级数据中心温度湿度的控制

美国将数据中心电信基础设施标准分为1~4级和建筑系统（NEBC）级，现以其1级作对比，美标中，机房的温度、湿度范围要求相对较宽，原因在于服务器可适应较宽的运行区间，尤其是面对面、背对背、冷热通道布置形势下，机房内部空间的温度会形成较大差异，此时温度可满足美标，但是已经超过国标要求。

当下数据中心系统的设计工作，可进行温度、湿度的适量放宽处理，借助高工冷水实现增加能效比的目的，具有节能效果。但是需要引起注意的是服务器在室内允许温度范围内可安全运行，一旦超出规定范围，极易降低设备使用寿命，甚至存在事故风险频率增加的状况，

为此在数据中心空调设计时空调设备的选择和布置宜采用N+1形式，有1台空调备机或者7×24小时轮机切换形式，降低数据中心空调故障率和提供空调设备使用寿命。

二、中心机房空调送风方法

1、上送风方法

上送风方法是将室内已处理空气从顶部送出，送风气流是考虑射流现象的机理，借助机房内部空气回旋，保证多余热量由回风口送至空调。上送风方法主要是考虑机组外过高余压的空调设备，还需要提高气流通畅度的控制，避免外界阻挡作用等引发的危害。针对进深过高的机房，需要增加送风管的合理控制，提高送风量的均一性。同时空调出风口需要加装送风帽、送风管等设备，必要时可采取散流器、百叶窗进行辅助。

图1上送风

2、地板下送风法

该方法是将处理后的低温空气由底部送风静压箱送到数据中心机房内，吸收数据机柜的热量后，从顶部返回到空调系统（如图1所示）。地板下送风方式一般采用架空地板作为送风静压箱，架空地板的高度为45～65cm，甚至更高（应根据负荷密度、机房面积综合确定）。地板送风口数量应保障每个服务器机架均具有足够的冷却风量，宜设在服务器机架进风处，风速宜在1．5～3．0m/s之间。

3、列间空调送风方式

列间空调机组放置在机架排列内，与服务器机柜并排安装，从冷通道送风，由热通道回风，为了更有效的提高服务器机柜的换热效率，需考虑做冷通道封闭或热通道封闭，同时封闭的冷热同在火灾事故能够开打开天窗，满足消防的需求。列间空调送风需与设备前后门保留1．0m的操作维修空间，在此范围内应保持净空状态。此维修空间同时可以确保气流的畅通，提高热交换效率。

列间空调中，冷冻水分布较多，为了提高后期维护、检修的便捷性，需要将冷冻水、冷你鞥管尽量设计在同一位置，一般在中心机房下层的顶端。避免在机房地板简单的辐射管道，加强楼板位置防水、保温控制的合理性。

图2地板下送风方法示意图

图3实际案例

对大功率机柜、机房的设计中，需要考虑冷冻水的温度，一般选择7℃为宜，冷却水进入冷凝器后借助制冷剂进行换热处理，工程实践中，制冷剂温度极低，可能引发出风口温度低于露点，引发出风口发生结露现象，对数据中心的设备会产生极大危害。在外部冷冻水系统和水冷冷凝器之间设置电动三通阀，将7℃的冷冻水升温，升温后进入水冷冷凝器与制冷剂换热，以便提高水冷冷凝器制冷剂出口侧温度，预防机房内的制冷剂管路和蒸发器出现凝露。

图4实际案例

三、数据中心的气流

热量传导主要借助对流、传到、辐射的方法进行，对于室内空气而言，温度降低的主要方法是热对流，借助有效的气流组织实现去除热量的目的。

1、数据中心气流组织影响因素

机房强制对流的影响因素主要有：送风方式､送风速度､送风障碍､风量等｡风管上送风与地板下送风相比，在实际工程中存在气流短路､建成后不易调整､成本高､噪声大等问题，在数据中心机房制冷中已逐渐被淘汰｡空调送风口速度对风帽上送风的影响较大，送风口的风速低时，送风距离较近，但送风的阻力和风速的平方成正比，所以一味提高送风风速并不能解决此问题｡

送风障碍即送风的通畅性，它对气流组织的影响较大，如在没有阻挡的情况下，风帽上送风距离可达15m左右，地板下送风可达25m左右，但在有走线架､线缆､机柜等阻挡的情况下，送风效果会急剧下降，有时候还会形成死角，只能靠空气的自然对流和热传导｡大风量对温度的均匀有利，大风量可以使机房内的空气有更多的循环次数，机房内的热量也更容易更快地被带走｡但过大的风量会带来噪声增加和耗电量增加。

2、防静电地板的高度

数据中心防静电机房的设计中，需要考虑底板高度的影响，避免静压箱风量不足引发的危害。为了保证机房送风量，需要结合地板高度、机柜发热量两方面的要求进行优化。机柜发热量高、需要的送风量增加，对应高度需要越大。

其次，地板下冷风静压箱的处理十分重要，需要提高其保温工作的有效性。中心机房重要性较高，对应冬季保温、夏季隔热、防凝露作业是机房设计的核心要素。

借助地板下的保温层可以实现维持温度恒定的目的，又可以避免楼顶凝结、灰尘落入设备的目的。

四、数据中心的设备布置和设计核算

数据中心机房的室内温度需要维持在一定范围内，其制冷系统一般可采取背靠背/面对面的设置模式，从而实现机柜合理设置的目的，保证冷气、热气通道的合理性，从而提高制冷效率。此外，在施工环境满足要求的前提下，可采取地被下送风作业的模式，提高气流组织的合理性、科学性，这样更加满足热力学传热理论要求。

其次，机房内部设备摆放需要满足一定规律，保证热空气在机房内部阻力小、路径短，避免冷空气、热空气交互混合引发的危害。一般状况下，精密机房的空调需要在通道末端摆放，同时一般是垂直廊道进行布置，避免热风循环引发的温度增加，导致能耗过大问题。

另一方面，需要加强空调风系统的设计优化。为了获得稳定的室内温度，需要加强机房内部热量传递规律的分析，提高热传递轨迹的合理控制。空调内部需要加强送风方法的分析，及时将冷风送至机房柜体，借助冷空气将热量带出室外。将热量从回风通道移送到机房制冷中心处，再送回机房。再者，还需要提高通风系统关键参数的合理选择，如送风温度、回风温差、风量、风速度等。温度一般在22-24℃；温差一般需要控制在15℃之内；送风风量需要靠机房设备要求进行控制；机房内部气流的风速一般为3m/s。

结语：综上，数据中心的设备对环境空间的要求较高，对温度、湿度均有要求，需要加强送风方法的合理考虑。一般状况下，上送风方法比较适合在送风量小、机房调整小的区域中；地板下送风在中小型数据中心常用；列间空调送风方法主要是应用在大型、扩容要求的数据中心。当下空调产品的种类逐渐增多，提高数据中心送风方法的合理性是当下主要研究任务。

参考文献：

［1］邱育群，李敏华，张学伟，等．机房末端机组防凝露控制方法研究［J］．制冷与空调，2013，13（9）：28-29．

［2］国家电网公司交流建设分公司.加工输电线路施工工艺通用手册[M].北京：中国电力出版社，2011.

［3］闫德生，佟敏．数据中心空调送风系统的设计探讨［J］．通信电源技术，2016，33（4）：204-206．