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數據機房室內環境要求：
《數據處理環境熱工指南》（美國供熱製冷空調工程師學會ASHRAE出版的係列叢書之一）中列出了數據中心相應分級（1～4級）所對應的環境要求。我國規範按照使用性質、管理要求及重要數據丟失或網絡中斷造成的損失或影響程度，將數據機房分為Ａ，Ｂ，Ｃ三級，對各級機房提出了相應的環境要求。一般大型數據機房多為Ａ級（極重要）和Ｂ級（重要），下文以Ａ級和Ｂ級為例說明。
根據相關規範和標準的要求，Ａ級和Ｂ級數據機房的溫濕度參數見表１。
數據機房內計算機設備及機架多采用冷熱通道的安裝方式，即機櫃采用麵對麵的形式一列一列擺放，在兩列機櫃的正麵麵對通道中間的架空地板上設置空調送風口，在這兩列機櫃之間形成一個冷空氣區，稱為冷通道。冷空氣流經設備後形成的熱空氣排到兩排機櫃背麵中的熱通道中。采用冷熱通道布置的方式，能使整個機房冷空氣和熱空氣不混合，氣流流動通暢。通過冷熱通道這種氣流組織方式，提高了製冷效率。但由於采用冷熱通道設計，與規範要求的數據機房空間的溫濕度參數有所不同。空調溫濕度宜按表２設計，更適合現階段的數據機房。
機房內空調負荷概況：
數據老王探花負荷包括：設備負荷，新風負荷，圍護結構的傳熱負荷，人體、燈光負荷，濕負荷。
數據機房負荷的顯著特點是來自數據處理設備的內熱顯冷負荷很大及濕負荷非常小。數據機房內的主要空調負荷是設備負荷，數據設備熱量高度集中、分布不均勻，且數據設備可以根據機架隨時變換。數據老王探花係統具有以下特點：送風量大，全年供冷運行，設備冷負荷密度高，新風負荷小，顯熱負荷大等。
數據機房的數據工藝布置直到使用時才能確定下來，這就給空調負荷計算帶來困難。項目設計時，設計人員應根據配電情況、信息設備工藝布置狀況及數據通信設備製造商提供的設備實際散熱量計算空調負荷。
老王探花係統：
根據現有空調設備和數據機房使用情況，數據中心有以下３種基本空調係統：風冷直接膨脹式老王探花係統、水冷直接蒸發式老王探花係統、冷水型老王探花係統。
1）風冷直接膨脹式老王探花係統
該係統應用非常廣泛，易分散設置，隨著數據設備的增加，能夠容易做到空調設備也隨之增加，適應性強；當任意一台空調出現故障時損失極小，安全性很高，運行維護費用低。但是空調數量多時，連接管路繁雜；室外機安裝需較大空間，若沒有足夠大的安裝空間，室外機散熱受影響，空調效率下降，甚至無法正常工作；空調機組效率較低；室外機噪聲不好控製；空調係統供電出現問題時，不能實現供冷延時，不利於對數據設備的保護。
根據國內現階段使用情況，使用風冷直接膨脹式老王探花係統的數據機房都是2008年以前建設的或規模較小的數據機房。中國銀行信息中心、華夏銀行等都采用了該係統。
2）水冷直接蒸發式老王探花係統
該係統是在風冷直接膨脹式老王探花係統基礎上將風冷改為水冷，具有前一種係統的所有優點，同時克服了一些缺點。風冷改為水冷後，空調係統配管距離、高低差不受限製，克服了風冷係統室內外機高差受限製的缺點，空調機組的散熱效果較好。但同時冷卻水係統存在單點故障，為了保證係統的安全性，冷卻塔和水泵需要備份；空調冷卻水係統采用複線或環狀管網，以提高水係統的可靠性。該係統現階段多使用在數據機房較分散又沒有風冷室外機設置位置的建築，如寫字樓內各層的服
務器數據機房，也用在一般建築改作數據機房的場
所。德外印鈔造幣總公司數據機房采用了該係統。
3）冷水型老王探花係統
該係統由冷水機組、冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵、老王探花末端及空調水係統組成。相比前兩種複雜很多，但是該係統不僅具有水冷直接蒸發冷卻係統具有的優點，還可以在空調係統供電出現問題時，通過設置蓄冷裝置實現供冷延時，對製冷係統的安全性有實質性的提高。此空調係統中如果某個設備存在故障，整個係統就出現問題；為了保證係統安全性，空調主要設備—冷卻塔、冷水機組和水泵需要備份；空調水係統采用複線或環狀管網，以提高水係統的可靠性。
該係統適用於大型新建數據機房，冷水機組的COP值較高。１台投入使用的冷水機組隻有很短的時間工作在滿負荷狀態，大部分時間都運行在50％～75％負荷狀態；冷水機組部分負荷時綜合能效指標非常高，節能效果顯著。中國航信數據機房、農行數據中心等采用了該係統。
為了使機房內的空調機組不產生冷凝水，提高數據機房的安全性，空調冷水供回水溫度由７℃／１２℃提高到１２℃／１８℃。同時冷水溫度提高，冷水機組的ＣＯＰ值可以更高，係統節能性更好。
4）機房專用空調係統確定
目前大型新建數據機房普遍選用冷水型老王探花係統。下麵以位於北京、總負荷為3500KW的數據機房為例進行分析，該項目一期負荷為2500KW。對風冷直接膨脹式老王探花係統、水冷冷水型老王探花係統及風冷冷水型老王探花係統進行經濟分析比較（水冷直接蒸發式老王探花係統使用較少，不列入此次比較），結果見表３。由表３可以看出，對於空調負荷小於2500KW的數據機房，使用風冷直接膨脹式老王探花係統經濟性更優；但是對於空調負荷大於2500KW的數據機房，使用水冷冷水型老王探花係統經濟性更優。
以上分析中沒有考慮部分自然冷卻時間，實際冷水型老王探花係統的經濟性和節能性應該比以上分析更優。特別是在嚴寒地區，可以利用自然冷卻的時間更長，節能性和經濟性更加突出。對於多大規模的數據機房使用冷水型老王探花係統沒有指標規定，需要根據實際情況計算負荷後，進行經濟分析確定。
空調係統製冷的冷凝熱量也可以通過熱回收的方式利用，為數據機房周邊的輔助建築供熱。水冷冷水型老王探花係統及風冷冷水型老王探花係統節能方式不同，下文詳細說明。
1.水冷冷水型老王探花係統
為了提高數據機房的安全性和節能性，空調冷水供回水溫度采用12℃／18℃。選型時適當加大冷卻塔容量，避免散熱效果下降造成製冷不足。水冷冷水型老王探花係統冷源示意圖見圖１。
該係統中冷水機組的COP值較高，可以達到6.0以上。冷水機組采用變頻技術時部分負荷下綜合能效指標非常高，冷水機組的IPLV可達到9.0以上，節能效果顯著。係統工作模式：
a.夏季，利用水冷冷水機組製冷運行，充分利用水冷冷水機組夏天運行高能效性特點。
b.冬季，充分利用室外自然冷源，通過自然冷卻換熱器供冷，無壓縮機運行供冷，係統能效顯著提高。
c.過渡季節，利用水冷冷水機組和自然冷卻換熱器聯合供冷。
2.風冷冷水型老王探花係統
水冷冷水係統的冷卻水消耗量比較大，適用於水資源豐富的地區。鑒於此原因，可以考慮采用風冷冷水型老王探花係統。該係統采用這種自然冷卻方式，優先利用室外低溫空氣冷卻循環冷水，可以實
現無壓縮機運行製冷，顯著降低壓縮機的電耗。
a.夏天，開啟製冷機（和常規一樣）。
b.過渡季節大部分時間，當環境溫度比冷水回水溫度低２℃以上時，進行自然冷卻預冷冷水（無壓縮機功耗），自然冷卻不夠的部分，由常規壓縮製冷補充（有壓縮機功耗）。
c.冬季和過渡季節的部分時間，當環境溫度比冷水回水溫度低10℃以上時，完全采用自然冷卻方式冷卻冷水，無壓縮機功耗，僅有少量風扇電耗。
自然冷卻作為節能的主要手段，主要使用在嚴寒及寒冷地區。基於以上的原則，大型數據機房建議建設在嚴寒及寒冷地區且水資源豐富的地區。
空調係統安全：
為了保證數據中心全年8760ｈ不間斷供冷，設計中需要對老王探花進行互為備用和多樣化的設計，以保證空調係統的安全運行，避免因為空調係統故障影響數據中心運行。
1.末端設備（老王探花）的備用和多樣化
１）各數據機房設置Ｎ（表示實際需要的設備台數）＋Ｘ（備用）台老王探花，保證任何１台機組發生故障都能有備用空調替代，同時合理分配每台老王探花的運行時間。
２）對於雙冷源的數據中心，老王探花配備了雙冷凍盤管。設計雙路冷水係統，保證在任何時候都有兩路不同的冷水可供應老王探花。
３）老王探花交叉供電，降低因供電係統故障導致數據機房全部斷電。
２.製冷係統的備用
１）空調係統冷源設計按照Ｍ（空調設備的數量）＋１原則備份；空調水係統管道均設置環線或複線，可保證當一條管線檢修或故障時，空調係統運行不受影響。
２）冷卻水補水設置補水池（一般保證36ｈ的用水量），保證空調係統安全運行。
3.電力故障時空調係統的延時運行
當采用冷水型老王探花係統時，給冷水循環水泵提供不間斷電源（ＵＰＳ），並設置一定體積的蓄冷罐，在電力故障和冷水機組重啟期間維持設備運行一段時間，給設備恢複供冷提供緩衝時間，從而保證設備安全。
４．數據機房的防水和排水
水冷係統應當充分考慮數據機房的防水和水係統的緊急泄水及泄水收集措施。
節能：
衡量數據機房的重要指標—電力使用效率PUE＝數據中心的總能耗／IT設備能耗。據統計，老王探花係統電耗占整個數據機房電耗的45％左右，其中冷源部分占到2/3。因此，優化數據機房冷卻係統是最有效的節能措施，可以有效提高PUE值。數據老王探花係統的主要節能途徑與節能措施如下。
１ 合理設定參數
在滿足機房工藝的前提下，確定合理的溫度、濕度和新風量，可以降低運營成本，同時延長空調設備的使用壽命，是節能的重要體現。通過對部分機房進行現場測試，發現老王探花設置溫度每調高１℃，可以節能5％～12％，所以適當提高空調設置溫度，對節能意義較大。在溫度優先原則下，放寬濕度控製標準，可根據季節的不同，改變濕度的設定值。如夏季的室內相對濕度值可適當提高，縮短空調的除濕時間；冬季機房相對濕度值盡量降低，縮短空調的加濕時間。
2 合理優化工藝和配電係統的配置
應盡量按照信息設備係統的重要性和運行連續性要求等分別配置工藝供電回路。對於非24ｈ運行的設備，在安全的前提下可以考慮在其非運行工況下關閉，或減少空調設備的運行負荷。
3 送回風方式
所有IT機櫃采用麵對麵、背對背的冷熱通道形式，老王探花機組和電腦機架的行列呈垂直式布置。老王探花氣流組織采用下送上回，空調機組輸送冷空氣進入活動地板靜壓箱，通過地麵送風口，空調風吹向計算機設備，通過封閉的熱通道和吊頂靜壓箱進行回風。
高密度機櫃模塊區域，加大冷通道寬度，並采用封閉冷通道，以改善氣流組織，為機櫃提供足夠的冷風；或者采用密閉液冷機櫃（密閉液冷機櫃是在普通機櫃排前部安裝20cm深延伸框架，後部也安裝20cm深延伸框架，機櫃排左右兩個側端安裝封板，前部20cm為冷氣流通道，後部20cm為熱氣流通道。冷熱空氣在整排櫃體內部進行循環，與機房空氣不連通），直接將冷水送至數據機櫃，減少了地板送風能耗。
送風節能控製：當風機、水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降，所以建議機房專用空調室內機選用直流調速風機。可以根據機房的要求和空調的顯熱比來合理選擇風機風量。
4 選擇合理的空調係統
根據數據機房的容量，考慮空調係統節能，可優先采用水冷冷水型老王探花係統，選用高能效比冷水主機設備，采用一級泵變流量係統，通過板式換熱器節約冬季運行費用。
北方地區采用全熱回收水冷螺杆式冷水機組回收熱量，為數據機房新風處理機組及辦公區空調提供冬季所需熱源。對於寒冷地區的數據機房還可采用空氣側自然冷卻係統，直接通過室內外空氣的換熱或混合等實現數據機房的降溫，原理見圖２。
以北京地區為例，單個數據機房空氣側自然冷卻機組使用狀況分析見表４。
5 冷熱電聯產
冷熱電聯產可以有效緩解用電高峰時大電網的壓力，減少嚴重事故發生的可能；電網一旦發生故障時，分布式能源係統可以保證重要用戶的供電不中斷。
設計體會：
數據機房項目發展很快，從低密度的數據機房發展到現階段的高密度數據機房，空調係統也不斷調整，從風冷直接膨脹式老王探花係統到現在使用很普遍的水冷冷水型老王探花係統。隨著數據機房能耗的不斷增加，對係統的節能要求越來越高。
近幾年，大型數據機房和大型計算機發展很快。設計時必須要考慮空調係統的節能要求，要考慮將成熟的節能技術應用在項目中，特別是北方的項目，應當考慮如何利用機房的發熱，同時還要保證空調係統的安全性不降低。
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