关键词
室外机 密集 数据中心 平台 水系统 机房空调
摘要
数据中心应用风冷型机房空调，具有多方面的优点，但是大量的室外机安装于一个平台上（通常为建筑物屋顶），必须进行妥善的设计，避免造成室外机进排风气流短路，保障各台室外机的进风温度与外界环境温度相当，否则轻则影响空调的制冷效率，严重的时候会导致空调大面积的高压告警，空调无法制冷，机房温度得不到保障。本文结合CFD仿真技术与实际案例，旨在对室外机的安装平台设计进行一些探讨，希望能为解决实际问题提供一些思路。
一、风冷型机房空调的优点
数据中心采用传统风冷型机房空调，具有以下几个方面的优点：
1
安全与投资方面
采用风冷型机房空调的数据中心，每个机房配备多台空调，空调之间进行组网群控，设置适当的冗余备份，在单台空调出现故障的情况下，备份空调自动启动运行。而采用水系统的数据中心，在单点故障的情况下（冷水主机、水泵、管路、阀门其中之一），影响的可能是多个机房的多台空调。因此，要做到安全性很高的程度，往往需要对冷水主机、水泵、管路进行双备份，这将大大增加投资成本。
2
节能方面
采用水系统的一个理由是制冷系统的能效比更高，更节能。然而有研究指出，这样的节能是建立在诸如采用水冷冷凝方式、冷水机组的负载率较高、采用变频等变流量技术的基础上的。假如冷水主机采用风冷冷凝方式，其制冷效率与风冷型机房空调并无太大差别。而在低负载率的情况下，风冷型机房空调具有明显的优势。此外，值得一提的是，风冷型机房空调结合制冷剂泵循环的应用，使得同一套管路系统应用自然冷成为了可能，例如维谛技术（Vertiv）的SDC空调，这使得机房空调的能效比大大提高。
3
投资灵活性方面
水系统的初始投资一般较高，即使在数据中心初期建设阶段、机房负载较少的情况下。而风冷型机房空调可以根据数据中心的建设投运进度，分批采购和安装。
4
节水方面
数据中心水系统消耗水量巨大，已引起业界对WUE的关注，而风冷型机房空调的制冷不需要消耗水，因而在水资源缺乏地区具有优势。
5
工程安装方面
水系统管路复杂，安装要求较高，工期较长；风冷型机房空调管路简单，安装相对要容易一些。
二、风冷型空调室外机安装要求
前面列出了风冷型机房空调的几大优点，但是为什么中大型的数据中心，还是喜欢采用集中式的制冷主机加分散式的空调末端呢？笔者以为，很重要的一点是室外机安装平台设计方面存在问题，导致室外机进排风短路，进风温度大幅上升，空调高压告警，无法制冷。笔者曾见过室外机进风温度比环境温度高达10度的场合，客户不得不在夏天用水喷淋降低室外机的进风温度，室外机的翅片容易结垢或锈蚀。
一般而言，机房空调厂家对于室外机的安装间距都有严格的要求，如下图：
但是在室外机多台集中安装的场合，即使间距合格，仍然容易存在室外机进排风短路的情况，更何况有些场地由于空间有限，室外机的间距得不到保证。以下是几个案例：
室外机进风温度的大幅上升，不但影响制冷效果，而且会使室外机的风机处于高速运转状态，噪音也大大增加了。
那么，如何避免室外机进排风短路呢？答案是，将室外机的进排风侧隔离，就像机房冷热通道隔离、封闭冷通道或热通道、机柜空U处安装盲板一样。
三、室外机进排风隔离方案
在数据中心的设计阶段，对室外机的安装平台进行规划设计，可以避免后期安装和运营阶段带来的麻烦。
在本文案例里，260多台室外机将被集中安装在一个在屋顶搭建起来的平台上，平台的高度经过仿真计算，室外机总风量越大，平台的高度要求越高（与室内防静电地板高度的确定相似），平台与屋顶的空间作为室外机的进风通道。在平台的两个长边，设置进风格栅，可以安装空气过滤网，平台四周设置挡风板（墙）。室外机取消四脚支柱，直接坐在安装平台上。如下图：
通过CFD仿真，我们可以输出平台下方0.1米处温度场，可以近似看作室外机的进风温度：
也可以直接输出各室外机的平均进风温度：
还可以输出某个垂直截面的气流仿真图：
从上面的仿真结果可见，室外机的进风温度与环境温度基本相当。
本案例平台设计注意点：平台高度、进风格栅进风面积、平台四周挡风板（墙）高度。室外机之间的间距没有严格的要求，在本案例甚至可以紧挨着安装。
四、总结
风冷型机房空调的室外机，在安装设计的时候要注意避免进排风的短路，要保持进风温度与环境温度相当。本文提到的室外机的安装平台的设计方案，可以有效隔离室外机的进排风侧，保障了室外机的进风温度。该安装平台的设置，虽增加了一定的投资成本，但实现了密集安装的室外机正常运行。值得一提的是，该安装平台可以预留位置，方便数据中心多期建设分批安装室外机。
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