劉泱

內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心

內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心核心機房精密空調(diào)系統(tǒng)的選擇與實施

劉泱

內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心

精密空調(diào)系統(tǒng)是內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)中心核心機房工程的重要組成部分。文章針對核心機房的主要功能，對其制冷系統(tǒng)的需求做了嚴(yán)格測算，并通過調(diào)查研究詳細(xì)分析比對了常見各類精密空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并根據(jù)自身機房需求進(jìn)行了分析比對，確定應(yīng)采用風(fēng)冷型作為核心機房精密空調(diào)系統(tǒng)選擇并實施。

系統(tǒng)設(shè)計精密空調(diào)

一、引言

為了滿足內(nèi)蒙古自治區(qū)不斷提高的氣象防災(zāi)減災(zāi)需求，2013年，內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局開始組織建設(shè)內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心預(yù)警大樓。大樓核心機房及相關(guān)配套設(shè)施不僅將承載全樓信息網(wǎng)絡(luò)核心業(yè)務(wù)，同時還將成為支撐全區(qū)氣象現(xiàn)代化建設(shè)的數(shù)據(jù)中心。因此對核心機房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有了更大的要求。

二、精密空調(diào)種類及優(yōu)缺點分析

計算機機房專用精密空調(diào)機組是西方國家科學(xué)家根據(jù)目前世界上各類品牌計算機設(shè)備對綜合環(huán)境的變化要求而專業(yè)設(shè)計的一種特殊空調(diào)機，它有如下主要特點：保持常年恒溫22℃±1～2℃（因計算機主機及相關(guān)設(shè)備為不間斷熱源器件）；保持常年恒濕，相對濕度40%~60%（因計算機主機及相關(guān)設(shè)備在濕度較大情況下易造成電路板等接插件短路，而在濕度較小情況下，易產(chǎn)生靜電吸附、集成塊龜裂，造成對主機的損害）。

表1　機房室內(nèi)運轉(zhuǎn)需求溫濕度

通過對社會不同部門不同規(guī)模機房制冷設(shè)備的調(diào)研，常見的機房精密空調(diào)的種類包括風(fēng)冷型、水冷型、冷凍水制冷型及雙冷源型等，使用方根據(jù)機房的結(jié)構(gòu)及設(shè)備特點選擇更適合自身需求的方案進(jìn)行實施。

1.風(fēng)冷型機房精密空調(diào)

風(fēng)冷，即空調(diào)的制冷劑通過風(fēng)來冷卻，安裝在室外的冷凝器（精密空調(diào)室外機）將冷凝劑的熱量帶走，使制冷劑放出熱量。風(fēng)冷型冷凝器，主要由若干組銅管和風(fēng)機組成，由于空氣的傳熱性能很差，通常會在銅管外增加肋片，以增加空氣側(cè)的傳熱面積，同時用風(fēng)機來加速空氣流動，增加散熱效果，其中風(fēng)機的速度有恒速的，有可調(diào)的，或者恒速+可調(diào)。根據(jù)不同廠家設(shè)備的要求，室內(nèi)機與室外機之間銅管的距離，即室內(nèi)外機之間的高度差也有要求，在選型時要與實際情況相結(jié)合。

風(fēng)冷型一般采用下送風(fēng)，上回風(fēng)，由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心均采用防靜電地板，把防靜電地板（離樓板高度一般為40~45厘米之間）下的空間作為空氣靜壓箱，在設(shè)備機柜吸氣方向設(shè)置出風(fēng)口，冷風(fēng)經(jīng)過設(shè)備機柜后變成熱風(fēng)，再通過回風(fēng)管或頂部吊頂回風(fēng)或者直接返回精密空調(diào)的回風(fēng)口（一般采用熱風(fēng)直接返回，因此精密空調(diào)的擺放位置很重要）。因此，風(fēng)冷型精密空調(diào)的應(yīng)用較為廣泛。

優(yōu)點：（1）直接蒸發(fā)制冷循環(huán)，沒有冷凍水和冷卻水系統(tǒng)。（2）每個機組都有自帶的壓縮機，可以在每個機房內(nèi)實現(xiàn)N+1的備份方式。（3）室外機安裝分散，不需太多考慮室外機承重問題。

缺點：（1）外機的噪聲和發(fā)熱大，對周邊環(huán)境的影響。在夏季高溫期，室外機可能因為散熱不良導(dǎo)致高壓報警。（2）室外機肋片容易積累灰塵，不經(jīng)常清洗，會影響空調(diào)的制冷效果。（3）制冷效率較低，低于水冷型。

2.水冷型機房精密空調(diào)

水冷型機房精密空調(diào)的結(jié)構(gòu)跟風(fēng)冷型的差別不大，主要的差別是：水冷型機房精密空調(diào)在室內(nèi)機設(shè)置水冷板式冷凝器（跟風(fēng)冷型精密空調(diào)相比，制冷劑的內(nèi)循環(huán)只在室內(nèi)機，壓縮機的工作壓力就要小得多），制冷劑在經(jīng)過水冷板式冷凝器時放出熱量，而水冷板式冷凝器的冷水吸收熱量后經(jīng)水泵（一般安裝在精密空調(diào)外部）排到大樓冷卻塔，再由冷卻塔將熱量排放到空氣中去。

優(yōu)點：（1）冷凝器、蒸發(fā)器均在室內(nèi)機內(nèi)部，制冷循環(huán)系統(tǒng)在機組內(nèi)部完成，制冷效率相對風(fēng)冷機組高。（2）不需要室內(nèi)、室外機的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機組連接在一起，在大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)里，工程量能相對減少，不存在室內(nèi)、室外機距離限制。（3）可以用幾組較大的室外干冷器做N+ 1備份工作方式，在中大型數(shù)據(jù)中心占地面積相對較小。

缺點：（1）電子信息設(shè)備是必須遠(yuǎn)離水的，因此對與精密空調(diào)連接的水管提出了極高的要求，包括水管本身質(zhì)量、水管走向、水管焊接技術(shù)等。（2）由于冷卻水為循環(huán)水，長期與空氣接觸后會非常臟，因此在水循環(huán)管路上必須安裝水過濾器。（3）增加了冷卻塔、水泵、水管的單點故障，需要有備用設(shè)備，費用較高。

3.冷凍水制冷機房精密空調(diào)

冷凍水機房精密空調(diào)在室內(nèi)機主要由冷凍水盤管、風(fēng)機、電加熱器、加濕器和水閥組成，一般不設(shè)壓縮制冷系統(tǒng)，因此這種機型的前期投資比較小，但是依賴于冷凍水，如果冷凍水無法供應(yīng)則系統(tǒng)癱瘓。因此，就有下面的雙冷源系統(tǒng)。

優(yōu)點：（1）風(fēng)冷冷水機組集中制冷，制冷效率最高，運行費用最低。（2）不需要室內(nèi)機、室外機的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機組連接在一起。（3）在大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)里，工程量能相對減少。（4）不存在室內(nèi)機、室外機距離限制。

缺點：（1）數(shù)據(jù)中心內(nèi)部帶有水循環(huán)系統(tǒng)，需要設(shè)置防漏水檢測系統(tǒng)和防護措施。（2）施工工程相對復(fù)雜，需要有壓力管道施工資質(zhì)的工程隊完成。（3）日常維護的工作復(fù)雜，需要在冷水機組的維護人員。

4.雙冷源系統(tǒng)機房精密空調(diào)

雙冷源系統(tǒng)是為確保機房精密空調(diào)的制冷的保障性，同時充分利用大樓中央空調(diào)的冷凍水，可以采用雙冷源機房精密空調(diào)。有下面2種組合：風(fēng)冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統(tǒng)為主用，風(fēng)冷系統(tǒng)為備用；水冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統(tǒng)為主用，水冷系統(tǒng)為備用。

優(yōu)點：（1）雙系統(tǒng)互為備份，安全可靠性高。（2）可以充分利用大樓中央空調(diào)冷卻水，起到節(jié)能的效果。

缺點：（1）初期投資較大。（2）管線較多，占用空間大，給安裝帶來麻煩。

圖1　核心機房精密空調(diào)部署圖

三、核心機房需求技術(shù)分析

根據(jù)核心機房的整體規(guī)劃方案，共設(shè)計與核心機房配套5個區(qū)域，分別是：主服務(wù)器機房，270平米；高性能存儲區(qū)，68.2平米；UPS室，64平米；輔助設(shè)備區(qū)，20.2平米；鋼瓶間，30平米。為滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求及未來冗余，核心機房規(guī)劃設(shè)備容量為76臺服務(wù)器機柜、配電柜等，依據(jù)舊機房制冷系統(tǒng)運行的經(jīng)驗及總功率法計算，信息主中心網(wǎng)絡(luò)機房的總制冷量為180KW，高性能存儲區(qū)總的制冷量為30KW。

預(yù)警中心大樓設(shè)計建造中，沒有設(shè)置冷凍機房或管道的空間，而水冷系統(tǒng)必須建設(shè)冷卻塔、水泵等外置設(shè)備；沒有安裝中央新風(fēng)空調(diào)，如果安裝冷凍水系統(tǒng)不能將中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)作為基本的冷凍水源，無法達(dá)到循環(huán)節(jié)能的目的；沒有足夠數(shù)量、專業(yè)的專職維護人員來進(jìn)行水冷及冷凍水空調(diào)系統(tǒng)的日常運維工作，故水冷類精密空調(diào)不適宜核心機房配備使用。

圖2　核心機房平面設(shè)計圖

根據(jù)核心機房設(shè)計規(guī)劃，只需設(shè)計主服務(wù)器機房和高性能存儲區(qū)的空調(diào)制冷方案單個機柜發(fā)熱量在2～3KW，總冷量需求較小，風(fēng)冷系統(tǒng)空調(diào)的組合設(shè)計能夠滿足數(shù)據(jù)中心機房的需求；且風(fēng)冷系統(tǒng)的建設(shè)成本較其他系統(tǒng)低，維護成本低，綜合其他因素，風(fēng)冷型精密空調(diào)系統(tǒng)適合做為核心機房制冷設(shè)備。

四、核心機房空調(diào)系統(tǒng)方案的實施

按照上述需求分析，核心機房新配置3臺制冷量為80KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)及3臺原有制冷量為30KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)，從而實現(xiàn)機房環(huán)境的24H恒溫恒濕。

高性能存儲區(qū)配置原有2臺制冷量為30KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)，2臺雙冗余備份工作方式，1臺主工作，另一臺作為備份機器，通過控制器進(jìn)行多種工作方式的轉(zhuǎn)換，在其中一臺精密空調(diào)出現(xiàn)故障時，另一臺備份空調(diào)可以為機房提供制冷，2臺機器可以輪換工作，從而實現(xiàn)機房環(huán)境的24H恒溫恒濕；電池間采用2臺5KW精密空調(diào)為電池提供恒溫環(huán)境；輔助設(shè)備區(qū)采用2臺5KW精密空調(diào)為UPS及其他設(shè)備提供恒溫環(huán)境。

五、結(jié)語

通過對機房常用精密空調(diào)種類及各自有缺點的分析，結(jié)合內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心核心機房實際需求，最終選取風(fēng)冷式精密空調(diào)作為核心機房制冷設(shè)備，并設(shè)計制冷方案部署實施。通過對設(shè)備的安裝調(diào)試及試運行，核心機房風(fēng)冷設(shè)備效果良好，為今后機房建設(shè)與運行維護打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》，GB50174-2008.

［2］朱利偉，草播.《綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計與建設(shè)初探》，機房技術(shù)管理，2010年.

［3］別毅，安俊新.《國家氣象信息中心二層機房二期改造空調(diào)制冷方案》.