摘要：随着全国数据中心建设数量急速增加，数据中心的用电量占全社会用电量的1.5%以上，已经引起人们关注，国家业已提出绿色数据中心建设试点工作的要求，推动我国数据中心行业节能减排，降低能耗。空调系统作为数据中心第二大能耗系统，不管方案设计还是日常维护中，做好空调系统工作，能够有效降低数据中心的能耗，减少数据中心的运营成本，使其可持续绿色运营。
关键词：数据中心、空调、系统
前言：IDC数据中心是在计算机信息技术的高速发展下产生的，是数据集成的一种展现，集成了电力、空调暖通、IT等设备，形成数据处理中心，能够对海量数据进行处理和存储、分析。随着社会信息化的快速提高，越来越多网络应用架设在云端，承载数据集成的数据中心如雨后春笋般的拔地而起。
一、机房需求及系统简介
1.1IDC数据中对空调系统安全要求
IDC数据中心空调负荷较大，一旦制冷系统出现故障，IT设备散热量无法及时消除，机房温度很快超过IT设备厂商对机房环境温度的要求，可能会导致宕机或者IT设备损坏。因此设计须避免空调制冷系统的单点故障，保证系统7*24h不间断供冷，并且能在线维护。空调采用温湿度独立控制空调系统。制冷机按N+1设置备用，同时蓄冷罐作为应急备用冷源，保证系统断电时不间断供冷。其次管路方面：冷源侧及末端均采用环路设计，保证系统不间断运行。
1.2IDC数据中心节能要求
近年来新建数据中心在逐步降低PUE值。为了评价数据中心的能源效率，行业中采用PUE值进行考核，规定PUE= 数据中心总设备能耗/IT设备能耗；显然PUE越接近1，表明能效水平越好。本工程空调系统，节能设计体现在以下四个方面：首先冷源方面：提高冷冻水出水温度及采用变速驱动的离心机有效提高其满负荷及部分负荷的性能系数；其次；冬季采用免费供冷（Free Cooling）技术；第三数据机房采用温湿度独立处理的空调系统；第四数据机房服务器采用封闭冷通道的冷却方式、避免冷风和热风的混合，从而提高末端冷却的效率。
二、IDC数据中心机房的空调设计
（一）机房专用的空调及气流组织
目前，数据中心机房一般都用专用空调机，来实现对机房内设备的降温处理。机房空调机类型不一，此处不再一一赘述，以下主要就气流组织进行分析。按《电子计算机机房设计规范》（GB 50174―2008）：
其中下送上回方式，在大中型机房内比较常用。其优点：
1、空调送风气流流程与机柜冷风吸热后的气流流型一致，从而避免了冷热气流的混合，影响工作区的环境温度。
2、机柜冷却效果好，可以用较少的风量达到机柜冷却的目的。
3、进入室内工作区和机柜内的气流洁净度好。
4、活动地板送风口可以采用带有调节阀门的风口，或者采用旋流风口，可加大气流速度的衰减，从而减少对人员的吹冷风感觉。
（二）新风系统
为了保证室内正压，需要设计新风系统和相应的排风系统。对于新风系统，一般将其处理到大于室内露点温度即可，这样可以负担一部分室内冷负荷。对于新风，其负荷是不稳定的，主要在于室外干球温度与室内露点温度的关系。室外干球温度高于室内露点温度时，新风负荷为冷负荷，可由机房制冷系统负担，反之为热负荷，考虑到大楼供暖系统只是在冬季的白天运行，所以新风热负荷由电加热解决。
对于新风加湿，一般采用可靠的电加湿。此部分电量也比较客观，作为暖通专业，应进行计算并及时将电量提给电气专业。
三、IDC数据中心空调系统介绍
IDC数据中心空调冷源系统种类有多种，根据不同的需求选择最合适空调冷源形式。数据中心空调系统根据空调冷源的不同分为风冷机房空调系统、水冷机房空调系统、乙二醇冷机房空调系统、冷水空调系统、双冷源空调系统。大部分数据中心的空调系统采用风冷机房空调系统和冷水空调系统。
四、IDC数据中心空调系统
4.1 IDC数据中心机房空调设备
该数据中心共设机房专用风冷式空调机组 23 台，其中 3 台备用。选用艾默生产品（P2060FARMS1R），单台制冷量为 60.6kW，额定风量为 16200 m3/h，功率为21.65kW，下图为空调实际拍摄图。
机房气流组织方式为下送上回，机房内机柜的排列分冷热通道，这样可以使机房散热效果良好。
4.2改造的必要性和可行性
数据中心空调系统全年不间断运行，该数据中心空调系统年耗电量高达近 380万 kWh，耗电量巨大，节能改造势在必行。通过对该数据中心机房自身条件、周围的地理环境、气候环境的勘查和论证，结果表明该数据中心较适宜安装新风直接引入式系统，故决定采用新风直接引入式系统对其进行节能改造。新风直接引入式系统设置三级过滤系统，分别是粗效、中效和高效过滤器。定期对空气的洁净度进行测试，以免新风系统的使用会影响机房的内部环境。同时，为降低后期维护成为，采用可重复使用的过滤网。
4.3机房环境参数对空调系统的要求
IDC数据中心是高热密度场所，IDC数据中心内的设备对机房的环境要求较高。其机房环境参数对空调系统的要求主要表现为以下几点：
（1）大的单位发热量对空调的要求
①大制冷量
IDC数据中心机房冷负荷很大，设备发热量高，导致单位面积冷负荷远远高于其他区域；但机房设备的湿负荷较小，不会产生湿度的变化。针对这种情况，在设计时就要尽量的提高机房空调的制冷能力，在设备发热的第一时间消除这些热量。
②小焓差
机房空调应该具有相对较高的蒸发温度，否则，在利用空调进行降温的同时，还要采取其他的手段进行除湿来保证设备运行的湿度环境。
③大风量
由于机房空调的送风焓差小，而且制冷量大，所以机房空调需采用大风量设计。而且大风量设计能够确保机房温湿度均衡，有利于对机房环境指标进行可靠地、稳定地调节。另外，大风量能使机房内的气流合理的、均匀的分布，能够有
效的避免机房内出现热量聚集、局部热量过高的现象发生。
④大冷风比
冷风比是空调设备风量和冷量的比值。数据中心机房需要空调设备的风量较大，不仅能够提高设备运行效率，还能确保机房内良好的气流组织以及机房内空气的洁净度。
（2）相对湿度控制的要求
机房设备不会对湿度产生影响，但尽管如此，数据中心机房的湿度也有一个限定的范围内，依据具体规范要求有所不同。如果湿度过高，容易导致设备和电子元件的表面结露，发生短路或漏电现象而无法正常工作；如果湿度过低，电子元件容易产生静电，产生静电放电甚至击穿。因此，为使数据中心机房的相对湿度不超过限定范围，空调机组要兼具除湿和加湿的功能。
（3）除尘与空气净化要求
除尘与空气净化也是数据中心机房空调必不可少的性能。机房内电子设备上积累灰尘会产生散热不良、腐蚀、绝缘能力下降等许多问题，机房设备的正常运行会受到影响，所以，良好的除尘与空气净化功能是机房空调机组空气过滤器的必备功能。
（4）不间断的可靠运行
数据中心的可靠性要求很高，由于数据中心机房设备散热量高且全年不间断运行，即使是在寒冷的冬季，也需要空调提供相应的制冷量，这样就要求机房空运全年不间断运行。
（5）可监控、可管理的要求
空调系统作为数据中心的一个主要能耗设备，空调系统可监控、可管理的性能也十分重要。数据中心内的空调机组数量很多，空调机组良好的远程监控和管理功能可以方便对数据中心进行维护与管理。
结束语
IDC数据中心的安全和能耗是我们关注的热点问题。在保证系统安全可靠的前提下，低PUE值的绿色数据中心是设计师要实现的目标。因此空调系统设计应侧节能方案、参数设定、设备选型及布置方式等，避免过分繁杂，并关注细节及可行性。
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论文作者:余尊良
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/20
标签：数据中心论文; 机房论文; 空调系统论文; 空调论文; 新风论文; 风量论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;