数据中心空调制冷系统设计要求

数据中心空调制冷系统设计要求
1、空气调节的要求
（1）温度要求
保持温度恒定：一般功率密度的数据中心，温度应控制在23±（1～2）℃之内。

温度是确保IT设备正常运行的基础条件，温度对IT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。

如对半导体元器件而言，室温在规定范围内每增加10℃，其可靠性就会下降约25%；对于电容器而言，温度每增加10℃，其使用寿命会下降50%。

绝缘材料对温度同样敏感，温度过高，印刷电路板的结构强度会变弱；温度过低，绝缘材料会变脆，使结构强度变弱。

空调的冷风并非直接冷却IT设备内部，而需要几次间接冷却接力。

因此，保持适当的环境温度十分必要（夏季可设置在上限；冬季设置在下限为佳）。

这样既考虑了设备运行的可靠性，同时也可以节约电能。

23±（1～2）℃是保障IT设备正常运行的最佳进风温度。

当因制冷设备供电终端或者设备本身故障时，机房温度会迅速提高。

通常IT设备会给出最高进风温度限制，典型值是32 ℃，当进风温度超过此值时，IT设备会发出报警并自动关机停止运行。

（2）相对湿度要求
保持湿度恒定：相对湿度控制在50±5%之内。

当相对湿度较高时，水蒸气在电子元器件或电介质材料表面形成水膜，容易引起电子元器件之间形成通路；当相对湿度过低时，容易产生较高的静电电压。

试验表明：在数据中心机房中，如果相对湿度为30%，静电电压可达5000V；相对湿度为20%，静电电压可达10000V；相对湿度为5%，静电电压可达50000V。

相对湿度范围是40%～70%是全国各地的总范围。

对于沿海及长年湿润地区，建议设定值在（55%±5%）RH，这样可以避免过多的除湿工作而造成潜热的浪费；对于华北、西北及其他较干旱地区，建议设定值在（45%±5%）RH，这样可以避免过多的加湿工作造成潜热的浪费，同时可以减少加湿器的清洁工作。

（3）机房洁净度和正压的要求
空气洁净度：在每升空气中大于0.5µm的颗粒应小于18000粒，在机房中，室内装潢材料脱落、纸张短纤维、衣物纤维、人员进出携带的粉尘等，都是机房内灰尘粒子的来源。

因此必须建立严格的机房管理制度。

另外，严把室内装潢的质量关也非常重要，新建成的机房一定要将灰尘清理干净。

机房灰尘的来源之一是室外的空气。

通过洁净新风在机房中形成正压，可以抵制外界尘土从门缝等处进入。

机房与其他房间、走廊间的压差不应小5Pa，与室外静压差不应小于10Pa。

当然正压也不宜过大。

对于屏蔽机房来讲，由于密封性好，有可能正压值过大（若新风较大的话），这种情况下可安装余压阀（加波导窗）；一般机房的余压阀均无用。

2、对空调送风量的要求
机房中有效的冷热空气交换是在IT机架中完成的。

现代数据中心为了提高机房空间利用率，机架是在整个机房面积上平均布置的，但是在进行空调制冷系统规划设计之前，很多情况和数据是不确定或者很难提供的，因此，进行空调制冷系统设计时就面临以下困难：
★数据中心的规划阶段已经明确了数据中心总供电功率和每个机架的平均功率，但是具体到每个机架的功率密度是无法提供的；
★机架最高功率密度也常常是未知的；
★机架功率密度极端不平衡；
★高密度机架的布局位置是不确定的，或者说是随机性的。

不管冷却系统能否提供机架所需要的冷气，机架都将吸入如此数量的空气（设备风扇决定进风量）。

如果设备不足以向机架提供这样大量的空气，则机架将会吸入自己排出的热气（或附近设备排出的热气），从而最终导致过热。

IT设备所需的风量由IT设备的研制厂商确定，功率密度不同1W所需的风量相差很大，每千瓦功耗需要(120～160cfm)150～595m3/h气流(相当于空气温升△t=5～20℃）。

空调制冷系统设计必须考虑有能力在机房机架布置区域内的任何一点提供给高密度机架制冷。

要做到这一点最灵活、最经济的办法是地板下送风（相当于管道下送风）。

地板要有足够的高度，同时制冷设备要有足够大的出风量，使地板下送风室形成一个较理想的静压箱。

根据机架功率密度的需要，在任一点设置出风口或调整出风口的大小，都能得到与出风口大小相应的出风量。

3、对新风系统要求
送入新风的主要目的是为了维持机房的正压；而维持机房正压的目的是保证机房的洁净度和湿度。

新风量应取以下两项中的较大值；
★每人每小时不小于40m³；
★维持机房正压所需的风量。

维持机房洁净度的方法
机房应严格密封以减少漏风量，漏风量小于新风量时机房即为正压；机房密封良好，即可用较少的新风量维持机房所需的正压值，减少机房新风处理系统的能耗。

新风的引入会影响机房洁净度，维持机房洁净度的方法是：送入机房的新风应经过良好的过滤，最后一级过滤应采用亚高效过滤器，经过滤后的新风比机房所要求的洁净度更高，用更洁净的新风来稀释机房内可能产生的灰尘。

并且，由于机房为正压，少量空气将从各种缝隙排出机房外。

新风的引入存在湿度问题，在较潮湿的地区新风往往潜热量大（即空气中的水蒸汽含量高），而机房专用空调机为小焓差空调机，除湿能力差，机房专用空调机为除湿往往需要压缩机与电加热器同时工作，能耗大而除湿效果并不理想。

因此在较潮湿地区应采用大焓差的舒适性空调机对新风进行温湿度预处理后再送入机房。

这种模式即节能除湿效果又好，并可减少机房专用空调机的工作时间，延长机组使用寿命。

新风预处理空调机若为冷暖型，冬季还可用于对新风预热，以防进入的新风温度低于机房露点温度。

在干燥地区夏季新风不需除湿，只需经良好过滤后与回风混合进入机房专业空调机处理即可，但冬季新风仍需预热以防结露。

4、对洁净度的要求
机房含尘量标准
使机房内尘埃增多的原因：
★新风系统过滤装置精度不足；
★工作人员从外界带进灰尘；
★工作人员在机房内工作时产生尘埃；
★建筑、施工过程中遗留尘土；
★墙壁、顶棚、地面起尘，涂层脱落产生灰尘；
★机房围护结构不严实，外界灰尘通过缝隙进入机房；
★设备的移动、更换、搬运、维修、维护产生灰尘；
★设备运转时滑动部位、摩擦部位、润滑剂、油封、螺钉和螺母等产生灰尘；
★机房正压值下降、外界污染空气侵入机房。

防止机房内尘埃增加的措施：
★在机房入口安装风浴通道，防止工作人员把灰尘带入机房内；
★机房装修材料应采用不吸尘、不起尘、不积尘材料；
★对机房围护结构进行严格处理，直接对外的空洞要做好密封措施；
★机房的墙壁、天棚、保温材料、地面不起尘，不脱皮；
★新风系统送入机房内的新鲜空气，至少应进行亚高效过滤；
★不使发尘源扩大，使机房保持一定的正压；
★机房内不做复杂造型；
★采取措施，使设备的发尘量减少至最小。

5、对有害气体的要求
注：腐蚀性气体的影响在很大程度上受环境温度、湿度和洁净度高低的影响。

分级标准是在环境温度为25±5℃，相对湿度40%～80％条件下的数值。

（1）防止有害气体进入计算机机房的措施
①合理选址，远离污染源；
②控制机房内的相对湿度：许多腐蚀作用都是在一定湿度的条件下发生的，通常相对湿度应控制在40%～60％之间，可以显著减缓在临界的恶劣的环境下的腐蚀速率；相对湿度为40%～50％被推荐为最理想的环境湿度；
③使用化学过滤器：新风系统使用化学过滤器是很有效的，它会使进入机房外界空气中的腐蚀性气体减至最少；
④采用全封闭式机房：采用全封闭式数据中心机房，能把机房内的设备同恶劣的外部环境隔离开，使外界污染空气不会从门窗的缝隙或其他缝隙进入机房；
⑤对机房内的空气重复循环、过滤：由于机房内的空气比较干净，对机房内的空气进行过滤重复循环，使机房内的空气代替从外界吸取的污染空气。

（2）腐蚀性成分的主要来源
37.6 对空调制冷系统工作连续性要求
★IT设备工作连续性同时对供电系统和空调制冷系统提出要求；
★空调停运后，IT设备利用房间的冷空气仍可继续运行；
★空间冷量可支持IT设备继续运行的时间是可计算的。

例如：
某机房面积为50m2，总高度为4m，一期工程实际运行发热量70kW。

为高密度机房，机房总空气容量为50m2×4m=200m3；
当空调因市电停电而停止运行后，按照普通机架的要求，1kW的负载需要4.5m3/分钟,
70kW的负载需要70×4.5=315m3/分钟；
而机房空气总量只有200m3，IT设备继续运行不到40秒，机房空气的温度将上升11℃，
从22℃升到33℃；
而当进风温度达到32℃时，IT设备就报警并停止运行。

两个实际测量数据是：
①17个3kW机架，3台40kW制冷量空调，空调停运后，市电停电空调制冷系统停止运行后，大约35～40秒机架进风口温度达到32度；
②17个6kW机架，3台40kW制冷量空调空调停运后，市电停电空调制冷系统停止运行后，大约15秒机架进风口温度达到32度。