机房专用空调设备选型知识必备

第一部分机房专用空调设备应用及类型 (2)

（一）风冷式系统 (2)

1. 风冷式机组的工作原理 (2)

2、风冷式机组的应用特点 (2)

（二）水冷或乙二醇水冷式系统 (3)

1．水冷式机组的组成及工作原理 (3)

2. 水冷式机组的应用特点 (3)

（三）冷冻水式系统 (4)

1.冷冻水系统的工作原理 (4)

2.冷冻水系统的特点 (5)

（四）双冷源系统 (5)

1.风冷+冷冻水系统 (6)

2.水冷+冷冻水系统 (6)

3.双冷源系统的应用特点： (6)

第二部分机房环境的特点以及机房热负荷的计算 (7)

（一）机房环境的特点 (7)

（二）机房空调的特点 (7)

（三）机房总热负荷的计算 (8)

1、机房设备（通过UPS供电的设备）的发热量Q1： (8)

2.机房内照明设备所产生的发热量Q2 (8)

3.机房围护结构的传导热量Q3、Q4。 (8)

4.机房内长期工作人员所发出的热量Q5 (9)

第三部分气流组织 (10)

（一）机房气流组织确定 (10)

（二）气流组织形式 (10)

1、下送上回方式 (10)

2、上送侧回（下回）方式 (12)

3.弥漫式送风方式 (12)

（三）机房内送风 (12)

1.机房空调送风 (12)

2.机柜内送风 (12)

第一部分机房专用空调设备应用及类型

机房专用空调设备类型

机房专用设备制冷系统形式很多，可以根据工程项目的特点，选用不同的制冷系统。机房专用空调机组制冷系统主要冷却方式有：风冷式、水冷或者乙二醇水冷式、冷冻水式、双冷源系统等。

（一）风冷式系统

1. 风冷式机组的工作原理

风冷式直接蒸发系统使用冷媒作为传热媒介。机组内的制冷系统由蒸发盘管、压缩机、冷凝器等制冷管路组成，室内空气穿过机组内部风道进行循环。将远端的风冷冷凝器与室内机相连接，整个制冷循环在一个封闭的系统内，从而吸收房间内的热负荷并排放到大气中去。

2、风冷式机组的应用特点

优点：

（1）直接蒸发制冷循环，没有冷冻水和冷却水系统。

（2）每个机组都有自带的压缩机，可以在每个机房内实现N+1的备份方式。（3）安装内容相对简单。

（4）室内机安装分散。

（5）日常维护相对简单。不需要考虑水系统。

缺点：

（1）对于大型数据中心，每个机组、压缩机制冷系统均需要一套制冷铜管连接，工

程量巨大。

（2）室内机、室外机距离受到限制，当量长度大于50M时效率会有较明显的下降。（3）室外机由于过于分散，需占用大量的面积。

（二）水冷或乙二醇水冷式系统

1．水冷式机组的组成及工作原理

水冷或乙二醇冷却系统的内部结构与风冷式机组相同，室内空气通过蒸发器盘管循环。与风冷式不同的是，水冷机组内部安装有板式冷凝器，将实现房间热量与乙二醇溶液之间的热转换。该冷凝器内的液体作为一个二级传热媒介，被抽到远处安装的空气冷却式干冷器或冷却塔内，热量在那里最终排到大气。水冷却系统机房专用空调机组每台机组均自带制冷循环系统，并配有单独的水冷冷凝器，冷凝器置于室内机内部。所有机组的冷却水可以做成一个冷却水循环系统，由水泵提供循环动力，室外冷却水可采用开放式冷却塔和封闭干冷器两种方式。机房专用空调要求一年四季连续运行，开放冷却水塔由于受环境影响大，不宜采用；通常采用封闭干冷器的冷却方式。

从节能方面考虑，有的机房专用空调机组在水冷或乙二醇冷却系统的蒸发器上平行加入一个自然冷却用的盘管。在较低的室外环境温度下，通过中央控制器精确的控制阀门，自然冷却盘管将吸收室内的全部传热量。在换季期间，环境温度将降至机房所需的温度以下，自然冷却盘管将提供预制冷以减少压缩机的运行时间，压缩机一般只需80%的输入功率，因此可以显著的节省成本。

2. 水冷式机组的应用特点

优点：

（1）每个机组的冷凝器、蒸发器均在室内机内部，制冷循环系统在机组内部完成，制冷效率相对风冷机高。

（2）不需要室内、室外机的联结铜管，只需要一组冷却水管道可以将所有的机组连接在一起，在大型的数据中心系统里，工程量相对减少不存在室内、室外机距离限制。

（3）可以用几组较大的室外干冷器做N+1备份工作方式，占地面积相对较小。（4）每个机组都自带压缩机，可以在机房内实现N+1的备份方式。

（5）空调机组在工厂内就配好制冷系统，现场接好水管后即可投入使用，不存在现场安装影响机组质量的问题。

（6）扩容方便，初期设计时留好接口，不需要在投入使用后需要扩容时在再寻找室内、室外机通道。

（7）水循环管道不需要太厚的保温处理，节省通道空间。

缺点：

（1）数据中心内部带有水循环系统，需要设置防漏水检测系统和防护措施。

(2)施工工程相对复杂，需要压力管道施工资质的工程队完成。

（3）日常维护的工作较风冷型复杂，但比冷冻水型简单。

（三）冷冻水式系统

1.冷冻水系统的工作原理

当有中央空调冷却水系统或具备单独的风冷冷冻水机组被作为换热方式时，室内空气可通过冷冻水盘管，直接将热负荷传递到冷冻水系统内，在专用空调机组中央控制器的控制下，水流量通过一个两路或者三路的制冷水阀门进行调节，精确地保

持机房内的气温状态。采用独立的风冷冷水机组提供冷源时，宜多台N+1备份方式，提高整个系统的运行保障能力。

为提高空调机组的安全性和备份能力，也可在机组内安装两套独立的制冷盘管和控制阀门，能够处理来自于两个独立系统的冷冻水。可以在将中央空调冷冻水系统作为基本的冷冻水源，而单独的风冷冷冻水机组作为二级冷冻水源，特别适用于中央空调冷冻水系统在周末或深夜不再使用的情况。

2.冷冻水系统的特点

优点：

（1）风冷冷水机组集中制冷，制冷效率最高，运行费用最低。

（2）不需要室内机、室外机的联结铜管，只需要一组冷却水管可以将所有的机组连接。

（3）在大型数据中心系统里，工程量能相对减少。

（4）不存在室内机、室外机距离限制。

（5）可以用机组冷水机组做N+1备份工作方式，占地面积相对小。

（6）室内机价格非常便宜，整体造价低。

缺点：

（1）数据中心内部带有水循环系统，需要设置防漏水检测系统和防护措施

（2）施工工程相对复杂，需要有压力管道施工资质的工程队完成。

（3）日常维护非常复杂，需要有冷冻水机组的维护人员。

（四）双冷源系统

由上述三种基本的冷却方式可组成不同类型的双冷源系统，如风冷+冷冻水系统、水冷+冷冻水系统。

1.风冷+冷冻水系统

由风冷和冷冻水系统的制冷盘管组成，通过中央控制器的控制系统运行，将风冷系统作为冷冻水系统的备用系统，增加了机房的安全性和附加备份，反之亦然。

2.水冷+冷冻水系统

3.双冷源系统的应用特点：

优点：

（1）适用性强，具备灵活的冷却方式。

（2）双系统互为备份，安全可靠性高。

（3）可以充分利用机组的节能模式。

缺点：

（1）初期投资较大

（2）管线较多，占用空间大，给安装带来麻烦。

第二部分机房环境的特点以及机房热负荷的计算

（一）机房环境的特点

机房中的计算机及网络设备在运行中散热量大而且集中，散湿量极小，散热量的95%是显热，热湿比极大，焓差小。在这种情况下，空气处理可近似作为一个等湿降温过程。

根据热的传播方式—传导、辐射、对流分析，疏散显热的最有效方式是对流，这就需要大量的冷风将热量带走。

机房专用精密空调充分考虑了计算机设备的特点，在相同制冷量的基础上，加大了风量。加之专用的送回风风库，送、回风均匀，能够较为迅速、有效地带走机器热量。

计算机设备除了对温度有要求外，对湿度亦有要求。而集中空调无法控制湿度恒定，如果再加一套湿度控制系统，无形中又加大了投资维护量。而专用空调实现了对湿度的自动控制，使计算机设备不论在极湿润的夏季还是在极干躁的冬季都能在恒湿状态下正常工作。

此外，机房对洁净度亦有严格的要求，这个要求远远高于办公用房。由于集中空调送风方式的特点决定其不能满足此要求。而专用空调中有中效过滤系统，可随时更换过滤网，方便、省时、经济。

同时，根据机房的围护结构特点（主要是墙体、顶面、地面，包括：楼层、朝向、外墙、内墙及墙体材料，及门窗型式、单双层结构及缝隙、散热）、人员的发热量，照明灯具的发热量，新风负荷等各种因素，计算出计算机房所需的制冷量，因此选定空调的容量。

机房空气环境设计参数（A级）：

（二）机房空调的特点

空气调节的目的是确保室内空气温度、相对湿度、噪声、压力、洁净度等参数保持在规定

的范围内，为此需采取一系列的技术措施与相应的空调设备。

机房得热量及冷负荷：

数据中心温度是确保服务器等IT设备正常运行的先决条件，温度对计算机设备的电子元器件、绝缘材料以及记录介质都有较大的影响。在正常工作的服务器中，一般CPU的温度最高，当电子芯片的温度过高时，非常容易出现电子漂移现象，服务器就可能出现宕机甚至烧毁。（三）机房总热负荷的计算

机房总热负荷包括以下几项：

1、机房设备（通过UPS供电的设备）的发热量Q1：

Q1= P计算机x COSφ(KW)

式中：

P计算机为本机房UPS实际容量，单位：KV A

COSφ为功率因素，此处取0.85

所以本机房内机房设备的发热量Q1=17kw

2.机房内照明设备所产生的发热量Q2

Q2 = C x P照明/860 （KW）

式中：

C为每输出1W电能所产生的热量（kcal/h.w）

P照明为机房内照明设备总的输出功率（W）

或按机房面积计算：P照明= （S x 15W/m2）/1000 =0.5kw

3.机房围护结构的传导热量Q3、Q4。

1）外墙传导发热量：Q3：

Q3 = K x F x（t2 - t1）/860 (KW)

式中：

K为围护结构的导热系数（kcal/m2.h.℃）,对于普通混凝土结构取K=1.5；玻璃部分取值K=0.7

F为外墙体面积（m2）

t1为机房内温度24℃

t2为夏季室外空气温度52℃

2）机房内窗户玻璃辐射热量：Q4：

Q4 = F玻x B x Z / 860 （KW）

式中：F玻为窗户玻璃的面积（m2）

B为透过玻璃窗进入的太阳辐射热强度系数（kcal/m2.h）

4.机房内长期工作人员所发出的热量Q5

若无长期工作人员可忽略不计

Q5 = P人×N (KW )

N：机房内长期工作人员数量

P人：人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21℃和24℃时均为0.12 KW。

通过以上各项热量计算，我们可以知道该机房总的发热量Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

所以该机房总的发热量Q

另外,在配置机房空调总冷量时,应考虑到空调的总制冷量的冗余量,以保证空调机组可以适时停机达到节能的目的，而一般该冗余系数取15%左右,所以机房空调的总制冷量Q冷= 1.15 * Q

第三部分气流组织

（一）机房气流组织确定

机房的气流组织形式有下送上回、上送侧回（下回）方式，气流组织形式的确定要考虑一下几个方面：

（1）首先依据设备冷却方式、安装方式，如设备或者机柜自带冷却风扇或冷却盘管，目前较常见的设备和机柜的冷却方式都是从前面进风，上面或者上部出风。

（2）冷量的高效利用。使散热设备在冷空气的射流范围内。

（3）机房建筑结构、平面布局。机房各个系统的建设要依托于建筑环境中，也受到这些因素的制约，如建筑层高、形状、面积等。

（二）气流组织形式

1、下送上回方式

下送上回方式是大中型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速冷却设备，利用热力环流能有效利用冷空气冷却效率，因为热空气密度小、轻，它会上升；冷空气密度大、沉，它会下降，填补热空气上升留下的空缺，形成气流的循环运动，这就是热力环流。

地板下空间可作为空调送风静压箱。静压箱可以减少送风系统动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动，可使送风效果更加理想。空气经过地板上安装的风口板向设备和机柜送风。冷热通道的布置使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果。

优点：

（1）有效利用冷源，减少能耗。

（2）机房内整齐、美观，所有线槽都可暗装。

（3）便于设备扩容和移位。

注意：

（1）保持活动地板下一定的均静压值

地板下作为送风库，通风截面积大，截面竖向间隔有许多活动地板的支架，截面横向上间隔设置重叠许多电缆以及通信线缆线槽，所有这些都会造成空气沿送风方向上的压力损失。。线缆线槽安装尽量避开空调机组，比较大的线槽方向宜与气流方向平行安装。如果送风距离较长，空调机组的机外余压虽能克服最远端的阻力损失，但是会造成送风近端和远端较大的压差，不利于报纸均与的静压值，因此尽量控制地板下的送风距离。一般送风距离大于25米时，空调机组宜两侧分别布放。（2）保证高价地板架空高度

大中型电子计算机机房高架地板敷设高度宜在400MM以上，有条件应该尽量增加静压箱高度，这样可以保证在安装了大量线槽、线管后，仍不影响气流畅通。（3）控制活动地板下送风风速

风口板送风类似于局部孔板送风，要求送风风速＜3m/s，送风均匀。根据机房内设备集中布置的特点，为将局部大量的显热量带走，送风口需集中不知在设备前方进风口，在全压一定的情况下，这样会造成静压箱局部断面动压增大，静压减少，另外，由于空调送风量较大，在集中布置的风口附近不宜再设置风口，否则有可能会变成吸风口。为避免这种现象的出项，在风口板宜安装调节阀，来调整局部的静压、动压值，以达到最佳的送风效果。

2、上送侧回（下回）方式

上送风可分为机房顶送或紧靠机房顶下的上部侧送两种方式，后者较常用。有顶部或侧上方的气流首先与室内空气混合，在进入设备或机柜内。机房顶部安装散流器或孔板送风口送风，工作的气流小且均匀，人有良好的舒适感。但是大多数计算机机柜的冷却的进风口是在下部或前方，排风口在机柜的上部。这样，顶部的送风气流先与机柜处上升的热气流混合，再进入机柜冷却设备，影响了机柜的冷却效果。由于机柜进风温度偏高，机柜内得不到良好的冷却效果，必然造成机柜内温度偏高，导致计算机不能进行正常的工作。

采用上送侧回的气流组织，对于散热量较大的机房，只有采用较低的送风温度，来维持机房内温湿度以及机柜散热的需要，这样造成能源的浪费，而且较低的送风温度对工作人员也带来不适合的感觉。

3.弥漫式送风方式

依据冷热空气的热力环流进行设备冷却。

（三）机房内送风

1.机房空调送风

机房空调送风量，按照机房夏季最大的冷负荷计算。

2.机柜内送风

（1）风冷方式

通常所有的机柜都是在机柜顶部设置排风扇，使机柜内形成负压，吸入机房空调送出的冷风冷却设备。另外，在服务器散热问题就可以很好的得到解决，因此这

也是多数服务器厂商所采用的方法。这种事比较传统的冷却方式。目前一些厂商推出了一种可安装在机柜内的气流分配单元和气流强排单元。

气流分配单元可以均匀的将冷空气送入高密度、高热量的机柜，最高可输出4kw 冷量到一个机柜，确保分配到机柜顶部和底部的冷空气保持一致。

气流强排单元是从周围地板下吸入气流通过两个风扇将气流从底部冲向顶部，热气流排出依靠计算机设备自身风扇，每个单元可带走机柜4~8KW显热负荷。

风扇将机柜内的热空气强排出去，并且克服线缆产生的阻力，排风管系统将热空气送入天花板避免冷热空气在机房内的混合确保适当的冷空气送到机柜内，冷空气轻松达到机柜内所有设备入口。

（2）水冷方式

这种方法起源可以追溯到大型机时代。大型机内自带水冷盘管，机柜内热量通过冷却水带走，这种方式冷却效率高、成本低，但还要配备一套制冷系统。确定是机房内有许多水管，形成水患。

（3）其他冷却方式

国内有的厂商利用定点制冷系统处理刀片式服务器散热问题，其主要原理采用了热吸收而非传统上使用的冷却技术-创造出一种更有弹性而节能的解决方案。这一冷却系统旨在面向“高密度冷却，尤其是每机柜的能量可能量可能会超过20KW的刀片式服务器”。

资料整理：赵涛131********