数据机房解决散热问题方案探讨

从目前看来，空调系统制冷量或送风量设计过小、机房大环境气流组织不合理、机柜内部小环境气流组织不合理、机柜发热量过大、机柜排列过于密集等问题是导致局部过热的主因，解决这些因素，应从机房的规划设计、制冷系统设计和设备选型、应用维护等三个方面着手予以分析论证，并给出高密系统的解决办法。

、数据中心机房的规划设计

1、对机房进行分类明确定义功率密度。根据机房数

据设备安放与耗电密集度，将机房分为高负荷机房、中负荷机房及低负荷机房三种，其单位面积和单机柜耗电指标、单机柜设备配置数量限值见表

1。

表 1 单位面积和单机柜耗电指标、单机柜设备配置

数量限值

注：单机柜功率超过4kVA/柜时，应根据机柜发热

量有针对性进行调整。

2、减少机房受环境影响。对于新建机房，可以考虑

外墙的朝向，将机房设计在建筑的东侧或北侧，在相对一侧留有走廊等通道。

机房内尽量不设计窗口，选用密封性能好和自动关闭式的防火门。

3、适当的机房面积。大型数据中心机房不宜正方形，

而是适应长条形，经济面积宜为500至800平方米。

4、合理布置设备。布置数据中心设备区域，应根据

设备种类、系统成组特性、设备的发热量、机柜设备布置密度、设备与机柜冷却方式等，合理考虑机房区域、机柜列组、机柜内部三个层面的精密空调设备制冷的气流组织。设备布置应明确划分冷热通道, 以保障送风气流直接送至冷通道。当机柜内或机架上的设备为前进风/ 后出风方式冷却时，机柜或机架的布置宜采用面对面、背对背方式。

热通道间距应大于冷通道间距，以有利于热通道散

热。一般采用地板下送风上部回风的气流组织方式，其送风通道和回风通道均可在需要的位置开设风口。采用架空地板作为送风静压箱，架空地板的高度应

根据负荷密度、机房面积综合确定。地板下面禁止走线缆、水管，以防止阻塞风道。

、制冷系统设计和设备选型

目前数据中心的冷却系统都必须符合可扩展性和适

应性、标准化、简单化、智能化、可管理化等五种关键要求。当前的设计思路和设备没有解决的、最为紧迫的核心问题是数据中心适应变化能力较差。数据中心冷却系统必须对不断变化的要求有更强的适应能力，对不断增长和无法预测的功率密度制定规划，同时要设计出冷却系统适应能力强甚至易于改进。数

据中心设计中最重要的一个部分就是冷空气的供应和排出的热空气的回流路径，这对于高密度环境极具有挑战性，因为气流速度必须克服空气分配和回流系统的阻力。故要解决冷却系统的问题，就需要对现行的设计思路进行改进，主要包括冷却设备技术和设计的改进，以及如何测定数据中心的冷却要求等。

1、选用高效机房专用空调设备

(1)机房空调机组根据冷源及冷却方式一般可分为风冷、水冷、双冷源机组等, 对于机房热负荷较小或采用地板送风方式受建筑条件限制的中、小型数据中心机房，可考虑采用管道上送风方式，并使送风口尽量接近机架; 对于高发热密度的大、中型数据中心机房，优先采用水冷式空调制冷机。北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，通过热交换器对空调冷冻水进行降温; 大型的数据中心可采用中央空调。中、小型数据中心机房，可考虑采用风冷式空调制冷机，但必须保证室外机有足够的安装空间。空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。

(2)空调机组一般采用大风量小焓差设计，配置直

联、高静压、无级调速风机的空调机组。采用高效节能的涡旋压缩机，高效EC 电机驱动风机，无涡壳外转子风机叶轮，风量要满足90 换气次/小时，风压需满足最大300Pa 可调的要求。

(3)冷量应与机房设备的额定发热量建立函数关系，

一般采用机房的总冷量等于机房UPS额定可用容量的倍作为经验数值。这需了

解其配置的压缩机规格，并联空调机组运行的相互影响程度，当以冷量计算粗选各厂家相近的空调设备时，必须对其送风量进行复核，处理焓差应按W Kg干

空气左右选用。尽管很多空调产品显冷量比例很高，但实际工作温度下显冷量下降多; 即使空调输出冷量足够，但机房热岛效应严重，故负载发热量与空调额定制冷量配备比在1：以上比较合适。

(4)选用模块化组合机组。通过主从控制，主机将多

台模块所采集的温、湿度参数取其平均值，实现步调一致的效果。

(5)在布局空调时，机组送风的距离不宜过大，专用空调最佳送风距离为15-16 米。空调室内机安装高度应高于机房面100-200mm，以减少相邻空调机组间扰流影响，减轻备机停机时气流倒灌，避免引起气流短

路。还须减少送风路径、降低加空地板下PD,以保证PJ/PD A 3。(PJ:各送风口处内外静压差，PD至各送风口架空地板下风速)。

(6)由于风冷直接膨胀式机房精密空调的冷却极限

约为4KW/m2当机房环境的热负荷超过5KW/m2寸，如用传统方式的机房专用空调来解决，会有局部热点存在，必然需要精密空调增加为高热密度负荷提供良好的微环境调节能力，这势必要在空调机组系统控制和气流组织设计上进行革新; 而不仅仅是简单的增加机房精密空调的装机容量。

2、空气分配系统配置数据中心机房空调系统冷量与风量、送

风与回风、

风管与风口设计的具体数据取值均应遵从《采暖通风与空气调节设计规范》、《通风与空调工程施工及验收规范》和电信机房空调工程设计手册的规定。如今数据中心空调配套系统迫切需要建立起能反映机柜内温度、机柜排风侧垂直温差及反映能节能、提高空调制冷效率以消除机房平面温差，作为全空气型的下送风，必须做到随时随地应用基本公式Q=G Z T*C(Q:总冷量，G:风量，△ T:温差，C:比热系统)。

(1) 室内送风机风量和风压能适时调节。应能根据热

源大小不同来调节分配出风口的冷气量。送风口的风量调节方便，风向调节便

于相对机柜上部形成自由射流，而相对机柜中下部外表面形成贴附射流，依据送风射流的一般规律，只要同时保证送风口面积F与送风口速度U0达到一定值, 那么就能确保机柜工作区送风主体段轴心风速UX地板送风口数量应保障每个服务器机架均能有足够的冷却风量，送风口位置宜设在服务器机架进风处。地板送风口风速宜在间。对柜底地板出风方式，应保证机房内每个出风口的基本出风量都能达到15m3/min以上(即所有近距离柜底出风口均打开，且调节至

15m3/min时，最远端出风口的最大出风量仍不小于15m3/min)。对于过道地板

出风方式，当机柜采用面对面、背靠背排列时，应保证过道内每600mn长度上

输出的基本出风量达到50m3/min以上;机柜采用统一朝向排列时，应保证过道内每600mn长度上输出的基本出风量达到25m3/min以上。若使用高负荷机柜, 则出风量也应相应加大( 刀片服务器系统进气口需要大约1,180 升/秒的冷空气)。

(2) 根据机房室内状态点及热湿负荷, 可由湿空气焓

湿图确定送风状态点。进而得出空调机组供冷量、再热量、加湿量及送风量。

按相关规定，送风温差宜控制在6~10C。

(3)大型数据中心机房空调适合长边侧进风，不宜短

边侧进风。下送风走向与机架走道同向, 不宜与架间走道垂直。

(4)建立冷热通道围栏系统。为进一步阻隔冷热空间

的混和，可利用隔热能力极强、熔点很高的乙烯基塑料隔板(VinylCurtain) 一方面密封热通道的两边出口，另一方面包围冷通道的整体范围，使冷空气与热空气的隔绝，以便更好地调节机架顶部到底部的空气温度。

(5)为了避免大型机房内近处出风量过大、远处出风量过小的不均衡现象，应在机房地板下架设多条大口径主输风管延伸至机房最远端。

(6) 当机柜内设备的发热功率密度明显过大，无法通

过机房大环境中冷热气流自然对流方式解决降温问题，导致机柜内温度严重超

过设备运行允许温度范围时，为加快机柜内热气的排走速度，可选择在底部和后部加装强迫散热装置的机柜，如安装轴向水平的强排风扇。

3、合理布置机柜机架，提高设备散热效率