机房精密空调系统设计研究

机房精密空调系统设计研究

辜绳仁

摘要：机房空调是维持机房内计算机良好运行的有力保障，对其进行严密的系统设计是十分必要的。本文首先将机房空调系统的使用原则作了说明，其次对机房精密空调系统做了设计研究，从空调的制冷、恒温、控湿、新风等几大方面进行了展开说明，最后希望通过本文的研究，为之后的机房空调安装与使用提供更好的方法，并将空调的控制度进行提升，将运行能耗进行最大限度的降低。

关键词：机房；精密空调系统；系统设计

引言：基于当前对于环保意识的提高，利用不断发展的科技手段促进社会的可持续发展是当下面临的重点问题。空调作为一种温度调节的工具，不论在生产生活中都占据重要使用地位，尤其是大型机房之中，使用更加广泛，但传统的暖通空调需要消耗大量的能源，不利于当下可持续发展的理论，由此，在进行新的机房精密空调系统设计时，除了要按照规定将既有空调系统的组成进行设计，还要加入节能减耗这一目标。

1.机房精密空调系统的原则和思路

1.1经济性原则

    机房的空调制冷需要一年四季不间断地运行，这使得其能量消耗是十分巨大的，并且对于资金的使用是十分可观的，针对这种情况，在进行机房精密空调系统的设计前，要先考虑经济性价比，在满足机房空调的制冷能力上最大限度将成本压到最低。这一点的实现要结合机房当地的环境与机房的建筑结构来进行，针对本论文中的机房地址位于深圳市，在进行空调系统的设计时要充分考虑其高温环境，来确保机房精密空调系统设计的合理。此外，若机房不属于四面环墙的封闭状态，在有阳台的情况下可以将柜式风机安置在阳台，并采用安装防盗窗的方式进行保护，并且要进行防御措施的使用。

1.2可靠性原则

    空调系统的可靠性原则即在保证机房空调系统能够进行冷通降耗，并在此基础上提高精密空调系统的稳定性和可持续性，以减少设备故障的产生。

1.3科技性原则

伴随着我国科技手段的不断发展，在进行机房精密空调系统的设计上也应充分运用先进的高科技设备，例如数字智能技术，并将这类技术与机械学等学术内容进行结合，从而有效的降低空调的能耗。             

1.4设计思路

    传统的机房空调系统采用的是上送风的方式，这样的方式易使得较远位置的机组设备无法形成空气的循环流动，进而达不到降温要求，因此在进行精密空调系统设计时，要设置专门的冷通道，并结合强制送风的方式来实现冷热空气的循环对流，实现机房降温。并且针对机房中的设备类型以及机房内资料内容的重要性，机房设备的功率存在着一定程度的差异，为了达到节能减耗的目的，对于机房内的设备要进行合理的划分，并将冷热负荷进行区别管理，以提高管理效率，达到节能目的。

2.研究机房精密空调系统的设计

2.1制冷原理

机房精密空调系统的制冷原理要结合其冷热源的设计以及对风量的计算，我们将空调的水冷制冷与风冷制冷、以及蓄冷罐三种系统分别进行说明。

2.1.1水冷制冷

我们可以设置4台1300RT的快速启动变频冷水机组，设置3+1冗余。在冷冻水系统中设置空调一次泵、二次泵、板式换热器以及开式冷却塔。并且将这四种与空调冷水机机组组成空调的制冷系统，使用双环路的管路设计，以此保证对此系统的在线维护，对二次泵和精密空调的供电使用UPS，这种技术能够保证在断电情况下，柴油发电机还未发起功效时，蓄冷罐能进行放冷工作，维护空调二次泵和精密空调的继续运转，并且保证对IT设备进行不间断的降温。

2.1.2风冷制冷

机房精密空调的风冷制冷主要利用两台主用，冷冻水系统采用的依旧是空调二次泵系统，并且这系统与冷机处于一一对应的状态，变频水泵采用的是一次泵和二次泵两种。使用支路的管路设计，以此作为机房的备用冷源，并且在进行风冷制冷空调的采购时，要注意与气温相结合，避免极端天气影响空调使用。

2.1.3蓄冷罐

通常情况下，机房精密空调系统的蓄冷罐容积要按照建筑物体积来设立，并将开式蓄冷罐放置在建筑物外侧时，如遇断电，蓄冷罐的冷冻水储存量能够满足短暂的供冷需求，在建筑物转为柴油发电机供电之前，能够保证机房的供冷不间断。对蓄冷罐的紧急补水采用的是现场配置加压移动泵供给，在风冷制冷部分，蓄冷罐设置1台卧式闭式蓄冷罐即可[1]。

2.2精密空调系统的特点

精密空调系统照比传统的机房空调系统，其具有更大的优势，第一，由于机房之中充斥着大量的服务器与主机，这些设备在长年的运转中会不间断地散发着热量，温度的升高会影响机器的运转效率，严重时甚至会烧毁机房配件，在机房中使用空调系统能够将温度维持在一个恒定上，即22℃，以便维护机组的正常运转。

第二，机房内的仪器属于精密仪器，当室内湿度较小时，长期的机器运转会产生大量的静电，这类经典会损害机器，对设备的危害较大，但是反之，机房内的湿度较大也不利于机房设备的安全，湿度过量时，机房设备容易出现短路，精密空调系统能够有效将机房的室内湿度维持在恒定的40%~60%之间，有效保护机房机器的正常运转。

第三，机房环境处于常年状态下的密闭，对于这种环境下天花板以下的低压回风区，在进行室内空气循环时，精密空调系统能够利用高校的过滤网系统将其进行过滤净化。

第四，前文说过，机房内的温度会随着计算机的运转而不断升高，由于温度升高导致湿度过低，温度与湿度的比值出现无限的拉远，精密空调系统能够进行风量的有效加大，不仅帮助室内降温，还能够提升湿度。

第五，机房环境通畅较为拥挤狭小，而机器运转散热又较快，因此会呈现出热量大且集中的局面，精密空调系统应在屏柜设备的顶部或侧部设置通风口，以实现上下送风、左右送风的方式，以此进行机房内的送风循环，更好地帮助机组进行温度冷却，并且这种方式能够一年四季运转。

2.3恒温保持

精密空调能够将机房内的恒温维持在22℃，但是机房外部的温度环境却会随着季节变化而变化，尤其在夏天和冬天的特殊气候影响下，机房的内外温差会拉大，这会导致空气中的水气形成凝结状态，这种现象会对机房内部的设备造成损害，因此，针对机房的保温措施就显得尤为重要，尤其是机房处于楼顶或山墙区域，效果更为明显。

针对于机房位置较高，处于楼顶区域的解决，由于精密空调系统采用的是上送风的方式，因此对于顶部的保温十分重要，机房散热的特点是热量高、湿度低、焓差小、循环风大。因此决定了其对于温湿度、洁净度、送风速度的要求较高，在此基础上，进行保温工作时首先要确定机房的热负荷[2]。

热负荷的计算主要来自于两个方面，一是机房产生热量，二是机房传导热量。

2.3.1机房产生热量

这一部分的热量十分容易计算，即机房内设备进行运转时的直接散热、加之机房内照明等设备的散热以及运维人员的身体散热。

2.3.2机房传导热量

这一部分的热量包含了空调新风系统在运行时的空气传导热量，以及阳光辐射热量、机房墙窗的传导热量等。

基于当前技术条件的有限，热量值也会发生波动，对于热负荷的计算可以按照机房的建造资料来了解，人员散热则取每人每小时418.59KJ值，室内照明等其他散热按照每平方米每小时209.29KJ值来计算。

2.4进出水设计

对于精密空调系统的进出水设计，主要通过两方面来完成，一是加湿系统，二是排水管道。

2.4.1加湿系统

机房的空调设备中会配备加湿系统，这项装置的进水管与水源系统的连接通常使用的是20PPR热熔管，并且在进水管的接口处要安装开关阀门，以便维修人员对其进行工作。在开关阀门的安装上，要注意对减压垫的规范使用，并且阀门的位置要在机房内机组范围的1米之内。

2.4.2排水管道

精密空调系统的排水管道与排水系统的连接通常使用的是50毫米宽的双面热镀锌管，在进行排水管道的安装时，对于水封弯头等重要配件的安装使用要严格按照说明书来进行，在基础安装完毕后要进行试水工作，确保没有渗漏再将其固定在建筑物外墙或地面上。

由于排水管道的材料以及工作环境，其难免会出现老化现象，因此，精密空调系统的防漏措施也应做好，可以在空调机组的安装处的地面砌筑小型挡水坝，并在下方设置下水口，及时将管道的漏水排出，以免造成机房精密设备的短路。并且排水管道在设计安装时要进行适度倾斜，以便残留的水更易流出。基于当前科学技术的发达，还可以在其上设立感应系统，对漏水情况进行及时报警，以便相关人员进行维护检修。

2.5冷热通道设计

通常情况下，机房精密空调系统的冷热通道设计主要存在三种形式，分别是双列机柜冷池节能模块、单列机柜冷池玻璃隔断式节能模块、单列机柜冷池靠墙封闭式节能模块。

双列机柜冷池节能模块是将两列机柜进行相对的并列布置，中间是封闭式的冷热通道，两侧为开放的冷热通道，开放通道与封闭通道形成对比，并且中间的封闭式通道两端为金属框的防火玻璃门，顶部是具有消防联动功能自由翻版的金属框防火天窗。

单列机柜冷池玻璃隔断式节能模块采用的是一列机柜的布置，这列机柜布置在封闭式冷热通道的一侧，另一侧则是金属框防火玻璃隔断。这样的形式基于对玻璃隔断的使用，因此通透性极佳，并且外形十分美观，对内部的观察也较为直观，方便运维人员进行检查和维修工作。

单列机柜冷池靠墙封闭式节能模块同样采用一列机柜的布置，与上一种相同，在封闭式冷热通道的一侧布置一列机柜，但另一侧则是靠墙封闭的，通道的两端使用金属框的防火玻璃门，这种设计模式的优势的成本较低。

在进行实质性的冷热通道设计选择时，要结合机房具体的环境来进行，进行处理的空调冷风经由冷热通道后只能通过机柜，冷却发热后再到达热通道，以此来进行循环，进而将冷量的利用效率提升[3]。

2.6新风设计

通常情况下，为了保障机房中设备的有效运行，机房环境多为封闭状态，以减少外部的粉尘进入危害机房内的精密设备，但是这样的封闭内循环模式使得机房内的空气常年处于不流通状态，室内的相关技术人员无法呼吸到新鲜空气就会出现身体问题，因此在进行精密空调系统设计时，要将新风系统考虑进去，此系统能够将外界的空气进行有效过滤，既保证了不会有粉尘侵入损害精密设备，又保证了其中的工作人员能够呼吸到新鲜流畅的空气，也体现了以人为本，重视员工的理念。

精密空调系统的新风系统要按照机房配电的均衡来考量，并结合机房的规划设计方案来进行安排。新风系统能够将外界的空气进行两次净化，分别是初级净化和二级净化，以保证机房内空气的洁净度达到标准要求，并且在进行两次净化时还要对净化的空气进行热量交换，以确保送入的空气与机房内部本来的空气温度不会出现过大温差，之后将风通过精密空调系统的排风系统输送到工作的子区域，以减少空调系统进行温度调节的时长和效率，一定程度上延长了空调系统的使用寿命。

并且新风系统的持续送风模式能够为机房内的空气形成正压力，将浑浊空气排到室外，进而将机房内的空气洁净度进行提升，并且新风系统还能够与消防系统进行联动，当发生火灾时，消防系统向新风系统发出信号，新风系统就会及时将新风设备和通风口关闭，遏制火势的扩大[4]。

结论：综上所述，机房精密空调系统的设计能够为机房的正常运行提供更多保障，而空调的一大功效就是恒温控湿，因此在对其进行研究设计时要充分发挥其这两大特效。并且在当下的可持续思想深入人心的时代，对于空调资源的节能使用也是一大重点，精密空调系统不仅能对机房的运转提供帮助，还能最大化利用室外的空气冷源，达到节能减耗的目的。

参考文献：

[1]王立新.精密空调机组在数据中心机房的应用[J].中国建筑金属结构,2021(12):155-156.

[2]刘清东,梁运栋.机房环境温度智能控制分析[J].中国新通信,2021,23(22):53-54.

[3]朱小龙.数据中心机房精密空调制冷系统改善[J].制冷与空调,2021,21(05):95-98.

[4]向金泽,唐国强.新风精密空调系统在数据中心中的应用[J].智能建筑与智慧城市,2021(11):91-92.