唐玛琍2012年9月15日,数据中心机房空调系统 运维管理讲搞,一. 空调系统基础知识 二. 数据中心的环境要求 （一）数据中心的功能分区与机房的分级 （二）数据中心机房对温、湿度的要求 （三）数据中心机房对空气品质的要求 三. 数据中心机房空调系统设备 （一）空调系统按使用对象分类 （二）数据中心机房专用空调机分类、特点及适用范围 （三）机房空调系统的特点 四. 数据中心机房空调系统 （一）机房级制冷模式机柜和专用空调机的布局原则 （二）送回风阻力 （三）机房新风量的确定与新风处理系统 五. 高功率密度机房的解决方案 （一）机房级制冷 （二）机柜冷池级与机柜排级制冷 （三）机柜级制冷 （四）局部热点冷却 六. 机房空调系统节能措施综述,内 容,一、空调系统基础知识 （一 ） 空气的湿度、焓及焓湿图（h-d图）,1）湿度 空气的含湿量：d（g/kg干空气） 空气的相对湿度：（反映空气中水蒸汽的含量距离饱和状态的远近） Ps:水蒸汽分压力（hPa） Pb：饱和水蒸汽分压力（hPa）（查空调设计手册）其中，Pb与温度有关，与大气压力无关，t则Pb 测量t和、查表得Pb和B可计算出d，查h-d图也可得出h和dB:大气压力（ hPa ）,）空气的焓和焓湿图,h：焓。可理解为空气所含有的热量，由显热和潜热两部分组成：h=1.01t+0.001d（2500+1.84t）（kJ/kg 干空气）基准点：当 t=0、d=0时，h=0。不同大气压力（）的焓湿图不相同,饱和曲线,3）露点温度由某一状态点沿等湿线向下划一直线与=100%曲线相交，交点处的温度即为露点温度。例4： t3 =23 3 =50% h3 =47.8kJ/kg d3 =8.8g/kgt6 =12.2 6 =100%h6 =34.2kJ/kg d6 =8.8g/kg机房状态点若为3点（23，50%），露点温度约为12.2。（露点温度与大气压力无关）,4）湿球温度在=100%曲线上状态点的温度即为湿球温度。 干湿球温度计中，干球和湿球处于相同的空气状态中，因此两点的焓相同；已知干球和湿球温度，可在h-d图上确定一个状态点。 已知湿球温度，即可确定空气的焓。,（2） 反映空气状态在热湿交换时的变化过程；在空调系统的计算中：例如计算空调机的制冷量、机房热负荷、夏季新风热负荷、冬季所需的加湿量和加热量、确定机房的露点温度、两种状态的空气混合（例如新风和回风混合）后的状态等均需采用h-d图。,5）h-d图应用h-d图对于空调系统设计和运行管理是十分重要的工具（1）根据任意两个独立的参数在h-d图上确定一个点，即 可知空气其它参数及状态。注： d和Ps均表示空气中水蒸汽的含量，已知d和Ps不能在h-d图上确定一个点。,6）应用举例采用大气压力为1013.25hPa（760mmHg）的焓湿图举例：例1：机房空调机的回风状态点1：t1=24.5 1=50% h1=48.8kJ/kg d1=9.5g/kg经空调机处理后的状态点2：t2=15 2=80% h2=36.5kJ/kg d2=8.4g/kg 12的变化过程在第象限内，为减焓降湿过程。（空调机在夏季大多数情况下的工作状态）计算空调机在上述工作状态下的总制冷量：Q=hLh：空调机送回风之间的焓差（kJ/kg）;L：空调机风量（m3/h）; L=FV3600 m3/hF:风口面积（m2），V:风口速度（m/s）：空气密度（kg/m3）。 （1kW=3600kJ/h）,图23,例2：冬季室外新风（状态点4）经加热至23（状态点5）t4= -20 4 =80% h4= -18.8kJ/kg d4 =0.6g/kgt5 =23 5 =3% h5 =24.8kJ/kg d5 =0.6g/kg45是沿等湿线变化，是增焓等湿过程。 （= +） 由45的变化过程可知，在北方地区即使冬季室外空气相对湿度较大，但机房内仍需要加湿。计算机房所需加湿量：d：机房内空气与新风之间含湿量之差（ g/kg)L：新风量(m3/h) ; ：空气密度(/ m3 ),（二）空气密度 (/m3)：随大气压力成正比例增减 ；随温度升高而降低；随相对湿度升高而降低 （但影响较小） B:标准大气压 B=760mmHg(1013.25hPa)B :计算条件下的大气压力（查空调设计手册）1.2：标准状态（B=760mmHg t= 20=50% ）下的空气密度(/m3),(/m3),=1.2,B,1,B,_,1,（三）常用法定单位与非法定单位换算表,二、数据中心的环境要求 （一）数据中心的功能分区与机房分级 1)功能分区：根据国标GB50174-2008的规定，数据中心宜由主机房、辅助区、支持区、行政管理区等组成。主机房包括：服务器机房、网络机房、存储机房等。辅助区包括：进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修间等。支持区包括：变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池间、空调机房、动力站房、消防设施房。消防和安防控制室等。行政管理区包括：工作人员办公室、值班室、更衣室、用户工作室等。,2）数据中心机房的分级根据国标GB50174-2008我国分为A、B、C三级表1,（二）数据中心对温、湿度的要求 1）国标GB50174-2008对不同机房等级和不同功能区的温、湿度要求。表2,2）美国ASHRAE发布的ASHRAE Environmemtal Guidelines For Datacom Equipment 2011与2004年版本比较，对温、湿度的要求放宽了许多，放宽的要求在保证机房设备正常运转的前提下，减少了制冷、加热、除湿、加湿的能耗，降低了PUE值。下表所示的温、湿度是指电子信息设备的进风口参数表3,3）设备厂商对环境的要求表4,（三）数据中心机房对空气品质的要求 1）对空气含尘浓度的要求：国标规定A级和B级主机房，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5m的尘粒数应少于18000粒（相当于英制50万级）有的设备厂商对机房洁净度提出了更严格的要求(如表4所示） 2）腐蚀性气体对机房的污染问题早已引起业内人士的重视，很多发达国家对气体污染的治理提出了规范的要求，我国2011年12月发表的“数据中心机房空调系统技术白皮书”，论述了腐蚀性气体的来源、危害、检测及处理方法。,白皮书认为：腐蚀性气体主要来源于室外，在以工业为主的城市、或城市的工业区、海边这些地区往往空气污染严重，空气中的硫化物，氮氧化物等腐蚀性气体或盐的浓度较高，这些空气进入数据中心后，易使电子设备发生故障。因此，机房必须严格密封并送入一定量经过处理的新风，以保证机房内的正压。若机房内腐蚀性气体含量超标，则新风应经过初效、中效、亚高效三级过滤及化学滤料的过滤；化学滤料是经过特殊工艺浸泡的活性碳和活性氧化铝。室内可以放置化学过滤机组，同样使用上述的三级过滤和化学滤料，消除室内腐蚀性气体。 腐蚀性气体对设备的腐蚀是长期和大面积进行的，其影响具有明显的滞后性，往往短期内不易发现而被忽视，一旦出现问题会是大面积的，级别越高的数据中心损失越大。 （四）数据中心对环境的要求还包括对建筑装修、结构、防水、防火、保温、屏蔽等多方面的要求，在此不再详述。,三、数据中心机房空调系统设备,（一）空调系统按使用对象分类 1、舒适性（民用）空调机：主要满足人的需求 2、工艺性（工业）空调机-包括机房专用空调机：首先满足生产工艺、运转设备或存储部件等的需求。,（二）机房专用空调机分类、特点及适用范围 直接膨胀型空调机和冷水机组原理图,1. 按冷却方式分类 （1）直接膨胀系统蒸发器直接冷却机房的空气 a 风冷式：冷凝器用室外空气冷却,（冷凝器）,优点 ：系统简单，维护管理方便；系统可分期分批建设，节约投资；机房内漏水的潜在威胁小；有带自然冷却模块（带制冷剂泵的节能模块）的机组可供选择，可减少压缩机的运转时间，降低能耗。 缺点： 室内外机组之间相连的管线多，冷媒管长度和高差均有严格的限制； 需要有足够的合适位置安放室外机，多台室外机密集安放易造成过热。 室外机噪声对周围环境影响较大。适用于空调机台数较少、有足够的合适位置安放室外机的机房、希望分期分批建设的机房、要求运行维护管理较简单的机房。,b 水冷式：冷凝器用冷却水冷却冷却水的来源：开式（冷却塔）、闭式（干冷器）,（冷凝器）,优点：室外部分占地面积小；室内外机之间相连的管线少，长度和高差几乎不受限制；若采用开式循环的冷却塔，夏季换热效率高；若采用闭式循环的干冷器，室内机组增设一个空气水换热器，在室外温度较低时（可加乙二醇防冻）可实现自然冷却，减少压缩机运转时间，减低能耗。 缺点： 对安全性要求高的机房，需采用双路冷却水循环系统，提高了成本；冷却水引入机房，增加漏水的潜在威胁；维护管理较风冷式复杂。适用于较大的数据中心，空调机台数较多，若用风冷式则室外机安装位置不够或距机房较远的系统。,乙二醇自然冷却系统,（水冷）,（2）冷冻水系统a)冷量由冷水机组统一提供，室内机中无压缩机。冷冻水的来源： 大楼的冷（冻）水机组提供为机房专用空调机单独设置的风冷型或水冷型的冷水机组,优点： 室内机故障率低，外形尺寸和重量相对较小；室外部分占地面积小；室内外机之间相连的管线少，长度和高差几乎不受限制；冷水机组效率较高，节能；有自然冷却功能可供选择，节能； 缺点： 对安全性要求高的机房，冷水机组、水泵应为冗余设计，循 环水需要采用双路系统，成本较高；冷（冻）水管路引入机房，而且往往管径较大，占用活动地板下较大空间，漏水的潜在威胁较大； 运维管理较复杂。适用于大型数据中心,b)冷水机组按工作原理分为蒸气压缩式和蒸气吸收式等。以压缩式用得广泛。 按压缩机的类型分为活塞式、涡旋式（制冷量一般100冷吨以下）、螺杆式（制冷量100-600冷吨）、离心式(制冷量500冷吨以上）。按冷凝器的冷却方式又分为风冷和水冷式。冷水机组的能效比与负荷率有关，并非100%负荷能效比最高，不同冷水机组的高效区不同；在选择冷水机组数量、制冷量、备份方案时要对其能效比随负荷的变化有所了解；例如，有一个单位夏季用离心式机组，冬季用自然冷源，过度季节采用螺杆式机组作为自然冷源的补充制冷。,c）吸收式制冷大多采用溴化锂吸收式，若有余热可利用，吸收式制冷非常省电（运动部件仅为小功率泵）并且噪声低；吸收式制冷所需冷却水量大（其冷凝器和吸收器均要用冷却水），但较高温的冷却水亦可应用；溴化锂对钢材的腐蚀性强，因此要严格密封、高真空。,（3）双冷源系统,直接膨胀风冷式或水冷式机组中加入一个冷（冻）水盘管，可将直接膨胀系统作为 冷（冻）水系统的备用系统。 优点： 由于冷水机组的能效比高，因此可以节能并延长直接膨胀系统压缩机的寿命；双冷源互为备份、安全、可靠性高。 缺点： 初投资较大；管线较多；维护管理较复杂。 适用于配有冷（冻）水系统的机房和对可靠性要求很高的机房使用。,2. 按送风方式分类 （1）活动地板下送风方式：中高密度的数据中心宜采用,常规地板下送风方式,优点：根据机房内功耗的分布布置送风口，冷空气按需分配直接送至机柜的进风口侧或机柜底部，提高机柜的 冷却效果；空调机可相互备用； 通过移动和增减地板送风口可满足设备移位，更新、扩容的需求。 缺点： 随着机房功率密度的提高，空调机配置增多，对活动地板铺高要求加大，高密机房地板铺高在600mm以上，甚至达到1000mm；因此要求机房层高大，有些建筑无法满足要求。,