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最标准|数据中心空气调节与气流组织(二)

三、气流组织


1、主机房的空调系统形式和气流组织应满足房间内所有设备的散热要求,可通过气流组织模拟进行方案比选。

条文说明:为电子信息设备提供冷却的空调形式和气流组织有多种样式,包括房间级空调下送上回方式、弥漫送风吊顶回风方式,近端冷却的水平送风方式,顶置或底置空调方式等。(某些高密度服务器还会采用液冷服务器,液冷服务器的空调系统不在本标准的使用范围内。)

空调和气流组织是否满足冷却的要求,需要仔细评判,复杂场景可以通过气流组织模拟,包括专业的CFD软件进行提前预判。决策前应对可行方案进行对比分析,综合评判,可以择出更节能更经济或对管理更有利的技术方案。


2、主机房需要的操作层高度,除应满足机柜高度、管线安装、建筑条件等因素外,还应满足气流组织的需要。

条文说明:“数据中心设计规范”GB50174中规定,新建数据中心时,主机房净高不宜小于3.0m。当利用已有建筑改建数据中心时,由于某些建筑层高较低,主机房净高可适量降低,但不应小于2.6m。

采用上(下)送(回)风的气流组织也需要一定高度,此时主机房的高度,除需要满足上述操作层要求外,还应与空调的气流组织相结合,确保技术经济合理。


3、主机房机架内、相邻机架内的电子信息设备气流方向宜保持一致,机架宜按冷热通道分离的方式布置,冷热通道宜采用封闭措施。

条文说明:机柜采用面对面,背对背的冷热通道分离的布置方式,是一种简单易行的节能手段,应该采用。如果冷/热通道能够封闭,可以有效提升送回风温差,将更有利于提高冷风的利用率,也要尽可能使用。对于未做冷热通道封闭的机房,也可以通过隔帘等方案进行加强冷热通道的隔离改造。

隔离冷热气流的措施有:    

(1)热通道封闭;

(2)冷通道封闭;

(3)冷通道封闭于机柜内,房间回风;

(4)房间送风,热通道封闭于机柜内(如烟囱机柜);

(5)冷热通道都封闭,如仓储式微模块。


4、机架采用前进后出的气流方向时,机架门宜为可拆卸型,电子信息设备未安装时,机柜门宜采用实体门;电子信息设备开通运行后,应采用通风门。


5、机房设置冷热通道隔离时,机架排列宜保持连续不间断,无法连续时,可采用插满盲板的空机架或在机架间安装固定隔板等方式进行补位。

条文说明:在热通道和冷通道环境中,通道内的任何开口都会降低冷、热空气的隔离程度,机架不间断排列可以有效防止气流旁通;在无法做到机架排列连续不间断时,例如地板下送风时,柱子周边不宜布置机柜,此时可采用插满盲板的空机架补位或在机架间安装固定隔板等方式。


6、机房设置冷热通道隔离时,冷热通道之间应避免孔洞缝隙,确实需要管线穿越处应设置毛刷或其他封堵方式。

条文说明:减少冷热气流的混合,可以降低空调系统能耗。机架可能漏风的位置包括:未安装服务器的机架空位,机架底部的地板开孔,两侧的缝隙,机架顶部和底部设备之间或机架周边安装导轨之间等。封堵方式包括机架空位安装盲板、非使用机柜设置实体门、安装孔洞毛刷(漏风封堵器)或盖板等。


7、设置冷热通道隔离时,不应影响消防系统的灭火效果及人员的安全疏散。

条文说明:主机房封闭冷通道或热通道时,有可能会阻碍灭火剂进入封闭通道,必须采取有效措施确保消防措施的灭火效果。在保证灭火的同时,消防时采取的措施不应妨碍人员安全疏散。


8、主机房采用地板下送风时,应符合下列规定:

(1)为电子信息设备提供空调送风的开孔地板应布置在冷通道,没有安装机架或暂时没有运行的机架前,地板应为无孔型,也可采用具有开启/关闭功能的开孔地板;

(2)开孔地板和回风口宜采用有效通风面积大、风量可调节的地板或风口;

(3)地板下的通风空间不宜存在气流障碍物。确实需要安装管线或其他障碍物时,宜通过气流模拟,确保不会影响机架的散热。

条文说明:(2)主机房利用高架地板上的开孔地板送风,利用吊顶天花板上的回风百叶将热空气从设备排走的做法是比较常见的,适当加大开孔地板或者吊顶回风百叶的有效通风面积,可以减少气流循环的阻力,降低风机能耗。提高开孔地板的有效通风面积还需要考虑对地板强度的影响。对于没有安装或安装较少电子信息设备的机架,为其服务的开孔地板或回风百叶应可关闭或调节风量,防止气流短路。

(3)活动地板下的障碍物会阻碍气流,产生湍流,增加阻力和增加送风能耗。应尽量避免或减少送风路径上的布线、电缆桥架和其他结构等障碍物的,或者采用电缆上走线的方式以降低地板下障碍物对气流的影响。


9、技术经济合理且满足电子信息设备对运行环境的要求时,空调系统宜加大送回风温差,主机房宜设置送/回风静压箱。

条文说明:在满足电子信息设备运行的情况下,提高送回风温差,可以减少循环风量,降低风机能耗,有利于节能。数据中心设计规范GB50174中推荐的送回风温差为8-15℃,选择冷却系统时,应尽可能取其上限。但需要电子信息设备的支持,此外还需要采取更有利的冷热空气隔离的措施,才能保证大温差的实现。

设置送/回风静压箱,可减少冷热气流的混合,降低风阻,提高供冷效率,降低能耗。

 

四、空调系统


1、数据中心空调系统应满足电子信息设备对运行环境的要求,同时兼顾运维管理的需要。


2、数据中心空调系统可采用多种空调形式相结合的方案。同一类空调宜采用规格型号相同的机型。

条文说明:数据中心的空调系统需要满足电子信息设备的散热要求,保证可靠性,同时还要兼顾节能。有时需要多种方案结合使用,如冷冻水和水冷直膨机房空调结合的双冷源方式,风侧自然冷却和风冷直膨机房空调联合使用等。

数据中心采用的空调设备数量较多,设计选型时宜减少规格型号,方便以后的维修和备件管理。


3、满足电子信息设备对运行环境的要求且技术经济合理时,数据中心空调系统宜采用自然冷却技术。

条文说明:采用自然冷却技术,可以降低空调系统的机械制冷能耗,具体采用何种自然冷却装置,该如何将自然冷却装置与制冷设备搭配使用,需要根据数据中心建设地点的气象参数、空气质量、资源情况、初投资及运行费等因素综合分析,技术经济合理时,应充分利用。

自然冷却技术包括风侧自然冷却和水侧自然冷却,还可以采用冷媒侧的自然冷却。

风侧自然冷却包括直接风侧自然冷却和间接风侧自然冷却。

(1)直接风侧自然冷却就是利用室外空气作为介质,冷却主机房内的电子信息设备。在气象条件允许时,可以回收利用部分回风,并与新风混合,控制送风的温度和湿度。为保证直接风侧自然冷却装置能够有效地工作,电子信息设备很可能会暴露在一个大的湿度范围区间内。湿度上限的设定值直接决定了自然冷却运行时间的长短,也就直接影响到了节能的效果。

(2)间接风侧自然冷却是把室内循环风与室外新风,通过风/风热交换器进行热交换,将回风的热量释放到大气中。这一变化也可以通过一个热转轮来实现,此时,该系统为准间接风侧自然冷却系统。

与直接风侧自然冷却相比,采用间接风侧自然冷却,并未引入室外新风,因此室外空气品质的要求会降低。此外,采用间接风侧自然冷却,电子信息设备运行的湿度控制更易实现。

水侧自然冷却技术主要体现在冷水的制备上。具体内容可见冷源相关章节

冷媒自然冷却技术主要是利用室外冷空气,通过冷媒泵等设施实现供冷,以替代或减少压缩机的功耗。


4、采用风侧自然冷却系统的主机房和供配电房间,应符合下列规定:

(1)采用风侧自然冷却的空调系统,宜对送风的温度、湿度、含尘量进行自动控制。室外空气质量不满足电子信息设备要求时,宜采用间接风侧自然冷却的空调形式。

(2)极端气象或某些特定条件下,采用风侧自然冷却设施不经济、不合理或无法满足使用要求时,应设置机械制冷设施进行补充。

(3)风侧自然冷却装置宜根据当地气象条件、水资源情况、数据中心建筑条件等,与蒸发冷却技术结合使用。

(4)冬季需要运行的设备及有冻结风险的水管和阀门应有防冻设施。

(5)应避免空调送风、排风之间发生气流短路。

条文说明:(1)采用直接风侧自然冷却的空调系统,应监控室外空气的湿度、颗粒度等参数,以免主机房的环境无法满足使用要求。湿度和颗粒度应为自动化控制,避免人工干预不及时、不准确。

采用直接风侧自然冷却的系统还应特别注意对室外空气质量的监测和过滤。某些电子信息设备在硫等污染气体含量较高的环境下运行,电路板和部分元器件会因气体腐蚀而失效,使硬件故障率上升,影响电子信息设备的使用寿命。沿海地区的数据中心,空气中的盐雾也会对某些电子信息设备产生腐蚀。因此,应该加强对数据中心气体污染物的了解、监测和相应处理。

对于新建的数据中心,应依据实际情况决定是否需要采取降低数据中心空气中污染物浓度的措施,如设计安装气相过滤器等。此外,数据中心新风进口的位置以及人员出入等因素也会影响数据中心的空气质量,可在设计中统筹考虑。此外,室外空气还有可能出现暂时的污染浓度较高,如外部火灾,在此期间,也不应继续使用直接风侧自然冷却装置。

(3)风侧自然冷却与蒸发冷却结合使用,通常可延长自然冷却时间,提高冷却效率,有利于空调系统节能。但蒸发冷却需要消耗水,方能达到对空气降温的目的,对水资源不充足、供水可靠性差的地区,则应通过技术经济比较确定。水资源严重匮乏的地区则不适合使用蒸发冷却技术。

5、数据中心采用冷冻水型机房空调时,宜采用送风温度控制,机房空调应运行在露点温度之上。

条文说明:送风温度控制,并始终运行在露点温度之上,是为了避免空调出现非工艺需求的除湿过程,保证机房空调的节能运行。

电子信息设备进风区域的环境参数有时并不等同于空调的送风温度,当采用列间空调、水冷背板等近端冷却设备时电子信息设备进风区域的环境参数和空调送风基本一致。当采用房间级空调时,电子信息设备进风区域的温度往往会比空调的送风温高2~3℃(取决于活动地板或风管的漏风率、送风方式、送风管路的阻力等),设计上应该有所区别。


6、数据中心采用风冷直膨机房空调时,在满足电子信息设备的散热要求的前提下,宜提高蒸发温度,宜采用变容量机组。

条文说明:直接膨胀式空调系统各台机组相对独立,操作维护都比较简单,如果能够采取有效措施,也能达到节能的目的。例如电子膨胀阀(EEVs)往往比热力膨胀阀(TEVs)的可控性更好,并允许更高的蒸发器温度。   还有变频压缩机对低负荷的节能运行也很有效。


7、数据中心采用风冷直膨机房空调时,室内、外机的安装空间、室内机与室外机之间的最大管长和最大高差,均应符合产品的技术规范,同时兼顾能效比。

条文说明:室内外机之间以及室内机组之间的最大管长与最大高差是精密空调系统最重要的性能参数,应完全满足产品要求。另外,室内机与室外机的距离过远时,会增加冷媒传输距离和阻力,增加了压缩机负荷,不利于节能。尽管某些产品的技术参数可以承受更宽泛的工作范围,但站在节能角度,还是提倡设计者在有条件时采用更节能的空调方式。


8、数据中心采用风冷直膨机房空调时,空调室外机设置应符合下列规定:

(1)应确保进风、排风通畅,在排出空气与吸入空气之间不发生明显的气流短路,避免发生热岛效应;

(2)应避免污浊气流的影响;

(3)噪声和排热应满足周围环境需求;

(4)室外机的维护和更换应便利。

条文说明:风冷直膨机房空调的能耗与空调室外机的散热条件有关,机组布置时应保证室外机进、排风的通畅,防止进、排风短路,保证充分散热。

室外机数量较多时,可对室外机的部署条件进行气流组织模拟,避免热岛效应。

室外机还应避免含有热量、油污微粒等排放气体的影响,如厨房油烟排风、其它空调室外机等。


9、数据中心空调设施宜靠近发热设备,技术经济合理时,宜采用近端制冷的冷却设施。近端制冷设施设置应满足电子信息设备的运行维护要求。

条文说明:近端制冷的空调设施包括行级空调,顶/底置空调、背板空调等,由于靠近热源,缩短了送风距离,与房间级空调相比更加有利于节能。但近端制冷设备安装、维护时需进入电子信息设备区操作,维护管理对此有要求的机房需慎用。


10、空调设备的风机宜设置有效控制,确保输送的冷风量宜略大于电子信息设备的需求,避免风量过大。机房空调宜采用变风量风机,低负荷时可通过调节风量,降低能耗。

条文说明:空调风量过大,会导致气流短路,提高送风能耗,降低空调效率,不利于节能,通常空调机组的送风量应略大于电子信息设备的空气需求量(不超过10%)。在气流遏制系统中,应确保冷气流相对于热气流有一个微正压(通常为5-10Pa),可以避免热气流回流。

许多旧式机房空调机组采用的是定速风机,定速风机耗电量大,并难以实现对机房温度的控制。当供冷系统具有较高的冗余水平、设备利用率较低或电子信息设备电力负荷变化率较高时,采用变风量风机更为高效。


11、设有空调的供配电房间,空调设施的冗余应于电气系统的可靠性要求保持一致。

条文说明: 支持电子信息设备运行的供配电系统设有冗余时,空调设施也应设有冗余。


12、主机房内空调系统用循环机组宜设置初效过滤器或中效过滤器。新风系统或全空气系统应设置初效过滤器或中效过滤器,也可设置亚高效空气过滤器和化学过滤装置。


本条将空调系统的空气过滤要求分成两部分,主机房内空调系统的循环机组(或机房空调的室内机)宜设初效过滤器,有条件时可以增加中效过滤器,而新风系统应设初、中效过滤器,环境条件不好时,可以增加亚高效过滤器和化学过滤装置。

水冷背板或顶置盘管等空调设备,无法配置空气过滤器时,需要其他设施对室内空气进行过滤处理。


13、数据中心的湿度宜采用专用设备控制,并宜采用温湿度独立控制的策略。

条文说明:温、湿度独立控制更有利于节约能耗;机房空调通常只需要处理显热,不需要处理潜热;湿度控制由加湿器、除湿机或带有除湿或加湿功能的新风机组负责。


14、主机房新风系统应符合下列规定:

(1)集中新风系统应根据建筑形式、分期计划、负荷变化等条件进行划分。

(2)新风系统宜承担空调区的全部除湿负荷,其处理方式应根据室外计算温度和送风状态点要求,技术经济比较后确定;新风机组选型条件可按极端气象参数。

(3)承担除湿功能的新风系统,每个新风区宜设置不少于两套新风机组,单台机组维护时,其余机组承担70%以上的负荷。

(4)室外空气质量不满足电子信息设备要求时,新风系统应增加相应的处理措施。

(5)新风系统的风机宜采用变风量的调节方式。

(6)集中处理的新风应采取有效措施,确保房间送风口表面不会结露,送风口宜位于机房空调回风区。

条文说明:(1)数据中心机房往往随业务增长,分期启用,不同期启用的机房不宜划入一个新风系统。

(2)数据中心湿度控制由新风系统承担,有利于机房空调采用更高的送风温度,节约更多的能耗。机房湿度控制可在新风机内设置除湿功能段并在室内另设加湿设备。

(3)数据中心的新风中断不会导致电子信息设备马上发生故障,没有冗余也不会降低数据中心的性能要求。但长期处于湿度失控的机房,对电子信息设备的故障率、性能、寿命等会造成不利影响。因此规定承担除湿功能的新风系统,不宜只设一套,单台机组需要维护时,新风供应也以不中断为佳。


15、新风进风口的设置应符合下列规定:

(1)进风口位置应设在空气较清洁的地点,进风口面积应满足最大新风量需求;

(2)应避免进风、排风短路;

(3)寒冷和严寒地区,进风口处应设置防冻保温措施。

条文说明:(1)新风口设置在清洁处,可以减少过滤器的负担,此外还能避免空气污染物对电子信息设备的影响。

(3)为了防止冬季冷空气侵入,引发冻结风险,寒冷和严寒地区要求设置防冻保温措施,例如装设能严密关闭的保温阀门等。


三、管道敷设


1、数据中心的空调水管不应穿越与之无关的主机房或供配电房间,检修口不应设在主机房或供配电房间内。


2、采用双套管路的空调系统,除使用房间外,管道宜布置在不同的物理空间内。

条文说明:采用双套管路的空调系统,往往对可靠性要求较高。布置在不同的物理空间内,可以防止单一故障同时影响两套系统,从而增加可靠性。


3、主机房和供配电房间内的空调水管宜采用无缝钢管,焊接连接。阀门宜采用法兰或支耳连接。

条文说明:机房内空调水管一旦泄漏,或液滴随空调送风进入机房,就有可能会对正在运行的电子信息设备造成不利影响,甚至宕机。为了降低机房内发生水患的概率,建议从管材、阀门、防结露措施等多方面予以防范。


4、制冷与空调管线、阀门、仪表、附件等设施宜预留检修空间。


(以上内容摘录自:中国工程建设协会标准 T/CECS 487-2017《数据中心制冷与空调设计标准》,为符合电子阅读习惯文章排版与正式出版物有别,欲了解标准全文敬请购买正版标准。)

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