数据中心空调系统应用解决方案

PAGE1数据中心空调系统应用解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 目录HYPERLINK\l"_TOC_250028"—引言5HYPERLINK\l"_TOC_250027"目的和范围5HYPERLINK\l"_TOC_250026"编制依据5HYPERLINK\l"_TOC_250025"编制原则6HYPERLINK\l"_TOC_250024"二术语6三数据中心分级8HYPERLINK\l"_TOC_250023"概述9HYPERLINK\l"_TOC_250022"数据中心的分类和分级9HYPERLINK\l"_TOC_250021"四：数据中心的环境要求10HYPERLINK\l"_TOC_250020"数据中心的功能分区10HYPERLINK\l"_TOC_250019"数据中心的温、湿度环境要求11数据中心环境特点11国标对数据中心环境的规定和要求12HYPERLINK\l"_TOC_250018"数据中心的其它相关要求16HYPERLINK\l"_TOC_250017"五:数据中心的机柜和空调设备布局18机柜散热19数据中心机柜19机柜的布局21HYPERLINK\l"_TOC_250016"机房空调及其布置23机房空调概述23机房空调送回风方式25机房空调布局25HYPERLINK\l"_TOC_250015"六：数据中心空调方案设计26HYPERLINK\l"_TOC_250014"数据中心的制冷量需求确定26HYPERLINK\l"_TOC_250013"数据中心的气流组织29下送上回气流组织29上送下(侧)回气流组织33局部区域送回风方式36HYPERLINK\l"_TOC_250012"空调系统的冷却方式选择37HYPERLINK\l"_TOC_250011"空调设备的选择46HYPERLINK\l"_TOC_250010"七:数据中心中高热密度解决方案48HYPERLINK\l"_TOC_250009"区域高热密度解决方案48HYPERLINK\l"_TOC_250008"局部热点解决方式50HYPERLINK\l"_TOC_250007"高热密度封闭机柜52HYPERLINK\l"_TOC_250006"其它高热密度制冷方式54HYPERLINK\l"_TOC_250005"八:数据中心制冷系统发展趋势54HYPERLINK\l"_TOC_250004"数据中心发展趋势：54HYPERLINK\l"_TOC_250003"数据中心制冷系统发展趋势57HYPERLINK\l"_TOC_250002"九机房环境评估和优化58HYPERLINK\l"_TOC_250001"附件一：数据中心要求控制环境参数的原因62HYPERLINK\l"_TOC_250000"附件二：机房专用空调机组70图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1电子信息机房分类9图表2TIA942对机房的分类9图表5不同机房等级的环境要求13图表6ASHRAE对数据中心环境要求的变化14图表7服务器主板气流方向19图表8服务器机柜尺寸规格20图表9常见的机柜进出风方式20图表10在不同进出风温差时的风量需求21图表11中高热密度机房的冷热通道布局示意图22图表12空调设备制冷系统原理图24图表13空调单侧布置示意图25图表14空调双侧布置示意图26图表15空调靠近热源布置示意图26图表16下送上回气流组织30图表17地板下送风和机柜冷热通道布局31图表18地板下静压分布规律示意图32图表19上送风风道下回气流组织33图表20风道整体布局示意图35图表21上送风风帽送风下回气流组织36图表22局部区域送回风－吊顶式送回风36图表23局部区域送回风－水平气流送回风37图表24风冷式系统原理图38图表25乙二醇式系统原理图39图表26水冷式系统原理图40图表27冷冻水式系统原理图42图表28风冷双冷源式系列原理图43图表29各冷却方式对比表45图表30高热密度区域封闭冷风通道空间应用49图表31高热密度区域封闭冷风通道空间气流分布49图表32高热密度区域通道气流对比50图表33机房顶部加制冷终端形式51图表34机柜间安装空调终端形式51图表35冷通道封闭的示例52图表36封闭式水冷机柜应用52图表37封闭式水冷机柜工作原理示意图53图表38ＣＦＤ模拟示意图60图表39ＣＦＤ模拟示意图61图表39数据中心各设备热密度发展趋势图62图表41同等计算能力下消耗的机柜、服务器数量、占地和耗电对比62图表42部分计算厂家、机构对环境的要求63图表43部分交换机厂家对环境的要求63图表44电池寿命与温度关系65图表45低温下影响电池放电容量66图表46Intel统计电脑故障原因分布67图表47静电损伤的阈值电压67图表48芯片被ESD击穿67图表49不同情况下产生的静电电压67图表50纽约地区通讯中心空气平均杂质浓度68图表51机房专用空调制冷系统原理简图70图表52舒适性空调在设计上与机房专用空调的差异73—引言目的和范围本解决方案介绍了数据中心环境要求、设备布局、空调系统设计、未来的发展趋势以及数据中心空调系统的评估和优化。本解决方案可以用于指导数据中心空调系统的规划和设计。编制依据本解决方案依据国家相关法律、法规以及设计标准与行业 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 为基础，结合数据中心建设、运行、维护中的实际情况，经过多位行业专家的共同努力编制。主要参考的相法规、规范、标准有：GB－50174-2008《电子信息系统机房设计规范》GB－50462《电子信息机房施工及检验规范》GB/T19413-2003计算机和数据处理机房用单元式空气调节机GB50019-2003HYPERLINK"http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/show.php?source=gb&id=7465"《采暖通风与空气调节设计规范》GB50243-2002HYPERLINK"http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/show.php?source=gb&id=7470"《通风与空调工程施工质量验收规范》GB10080-2001HYPERLINK"http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/show.php?source=gb&id=12492"《空调用通风机安全要求》GB50015-2003HYPERLINK"http://www.absbook.com.cn/Detail.asp?ID=1163"《建筑给水排水设计规范》GB/T14295空气过滤器GB50243-2003通风与空调工程施工质量验收规范JB/T4330制冷和空调设备噪声的测定JB/T8655单元式空气调节机安全要求GB/T18430蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组ThermalGuidlinesforDataProcessingEnvironments2008TIA942标准(TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters)中国电信[2005]658号IDC产品规范和741号文件中国移动公司对机房的环境控制指标要求GB/T15395—1994《电子设备机柜通用技术条件》EIA-310-DCabinets,Racks,Panels,andAssociatedEquipment接线柜、支架、仪器板和辅助设备编制原则考虑内容的适应性、覆盖性、全面性。适应性：适应当前和未来一段时期数据中心的技术发展状况以及未来新技术、新产品的发展，有关数据和资料与新设备、新材料、新技术、新工艺的发展水平相适应；符合现行的国家标准、行业标准或规定。覆盖性：应覆盖国内各种数据中心的空调系统工程设计、施工和检验，纳入成熟的、经过验证的应用方案、方法及设备等。全面性：内容、体系完整。以数据中心空调系统方案设计为中心。侧重设计方案和原则、重要技术方案的确定、参数计算和确定、设备选型与布置等方面的内容。同时避免内容冗杂，通过分类提供相关标准、规范、参考资料的索引，提供深入学习和研究的途径。强化充实节能、安全、环保设计的相关内容。二术语数据中心dataCenter数据中心通常是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换、管理，而计算机设备、服务器设备、网络设备、存储设备等通常认为是网络核心机房的关键设备。关键设备运行所需要的环境因素，如供电系统、制冷系统、机柜系统、消防系统、监控系统等通常被认为是关键物理基础设施。主机房computerroom主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。辅助区auxiliaryroom用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。支持区supportarea支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。行政管理区administrativearea用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。相对湿度relativehumidity空气中实际含有的水蒸气量与同温同压下能容纳的水蒸气的最大量之比，用%表示。焓enthalpy热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，表示工质所含的全部热能，等于该工质的内能加上其体积与绝对压力的乘积。常用符号H表示。加湿量Humidification指单位时间内加入密闭空间、房间或区域的空气中的水分，叫加湿量。单位：公斤/小时（kg/h）能效比（EER)energyefficiencyratio在额定工况和规定条件下，空调器进行制冷运行时，制冷量与制冷消耗功率之比。性能系数（COP）coefficientofperformance在相关标准规定的名义工况下，机组以同一单位表示的制冷（热）量除以总输入电功率得出的比值。全年能效比（AEER）annualenergyefficiencyratio机房空调进行全年制冷时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比。制冷量（制冷能力）totalcoolingcapacity空调器在额定工况和规定条件下进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内除去的热量总和，单位：kW。显热制冷量sensiblecoolingcapacity在规定的制冷量实验条件下，空调机从机房或基站除去显热部分的热量，单位：kW。制冷消耗功率refrigeratingconsumedpower在规定的制冷量试验条件下，机房空调所消耗的总功率，单位为瓦（W）。显热比sensibleheatratio显热制冷量与总制冷量的比值，用等于1或者小于1的小数表示。送风量indoordischargeair-flow空调器用于室内、室外空气进行交换的通风门和排风门（如果有）完全关闭，并在额定制冷运行条件下，单位时间内向密闭空间、房间或区域送入的风量，单位：m3/h。冷风比（cooling-airratio）在规定的制冷量实验条件下，空调机的总制冷量与每小时送风量之比，单位为W/(m3·h-1)机外静压机组风机出口处与回风口处的静压差，单位为Pa。机房专用空调机（air-conditioningunitdedicatedusedintelecommunicationequipmentroom）机房专用空调是根据通信设备对机房温湿度要求设计的具有高可靠性，高显热比等特点、并具有能自动调节空调参数及进行参数检测、故障报警显示、停电自启动等智能控制功能的空气处理装置。一般送风量较大，空气处理焓差小，显热比大，适合通信机房使用。能量使用效率PUE（powerusageeffectiveness）热通道/冷通道（hotaisle/coldaisle）热通道/冷通道数据中心的服务器机架和其他计算设备的布局设计。热通道冷通道构造旨在通过管理气流来节约能源和降低冷却成本。乙二醇（或水）干式冷却器glycol（water）drycooler由室外空气对管内带有排热量的乙二醇溶液（或水）进行冷却的冷却器。被冷却的乙二醇溶液（或水）可以用于制冷系统冷凝器的冷却介质，或者低温季节采用乙二醇自然循环冷却器用于冷却机房内的循环空气。简称干冷器。双冷源式dualcool在风冷式、水冷式或冷水式机房空调吸热侧的空气处理通道中，再附加一套冷水盘管，其冷水由其它冷源提供，可实现以不同冷源制冷运行的机房空调。三数据中心分级概述随着信息化的深入，越来越多用户需要大量的数据处理和信息交换，相应的越来越多的企业开始建设数据中心建设，专门的数据中心服务企业也应运而生，为其他机构提供专业的数据服务。数据中心是业务系统与数据资源汇聚的场所，从应用层面看，包括业务系统、基于数据仓库的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 系统；从基础设施层面看，包括服务器、网络、存储、供电、环境和管理系统。数据中心的分类和分级按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，甚至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。我国在2008年制定的《电子信息机房设计规范》GB50174-2008，从机房可用性角度将电子信息机房定义为A、B、C三类，其中A类要求最高（如表1所示）。数据中心一般按A类或B类标准执行。图表1电子信息机房分类美国TIA942标准与UptimeInstitute的定义，将数据中心的可用性等级分为四级（如表2所示）：图表2TIA942对机房的分类从以上可以看出，两个标准对于机房的可用性定义基本一致。数据中心空调系统的要求和配置也与机房的可用性等级直接相关。四数据中心的环境要求数据中心的功能分区通常数据中心作为一幢建筑单体(为少数，如：IDC或大型企业数据中心)或某一建筑中的一部份(为多数，占公共建筑物中的一个局部区域)的形式构建。一个数据中心通常主要包括：主机房、辅助机房、支持机房和行政管理区等。各机房面积的选取应可参考GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的4.2中的规定。主机房主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。辅助区为用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。支持区是支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。行政管理区是用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。在数据中心中，主机房一般安排在中间位置,并且尽量使主机房设计为规正的四方型。应尽量避免采用圆型、L型以及过于狭长的长方型建筑，此类数据中心不利于机房内的设备布置以及气流组织分配。捷联提供相关示意图。数据中心的温、湿度环境要求数据中心环境特点数据中心中都安装有大量的计算机设备，计算机处理速度越来越快、存储量越来越大、体积越来越小是计算机发展的趋势，也就是说单位面积的散热量越来越大。而在机房场地建设时，为节省初期项目投资，满足一定时期内的业务发展和设备需要，在满足必须的设备运行、维护通道的前提下，一般用户都希望尽可能多地安装设备及设备机架，这就形成了与民用建筑和工业厂房空调负荷的显著区别。显热量大数据中心内安装的服服务器、路由器、存储设备、交换机、光端机等计算机设备以及动力保障设备，如UPS电源，均会以传热、对流、辐射的方式向数据中心内散发热量，这些热量仅造成机房内温度的升高，属于显热。一个服务器机柜散热量在每小时几千瓦到十几千瓦，如果是安装刀片式服务器，散热量会高一些。数据中心设备散热量一般均在400W／m2以上，装机密度较高的数据中心可能会到1000W／m2以上。机房内显热比可高达95%。潜热量小不改变机房内的温度，而只改变机房内空气含湿量，这部分热量称为潜热。机房内没有散湿设备，潜热主要来自工作人员及室外空气，而大中型数据中心一般采用人机分离的管理模式，机房围护结构密封较好，新风一般也是经过温湿度预处理后进入机房，所以机房潜热量较小。风量大、焓差小设备的热量是通过传导、辐射的方式传递到机房内，设备密集的区域发热量集中，为使机房内各区域温湿度均匀，而且控制在允许的基数及波动范围内，就需要有较大的风量将余热量带走。另外，机房内潜热量较少，一般不需要除湿，空气经过空调机蒸发器时不需要降至露点温度以下，所以送风温差及焓差要求较小，为将机房内余热带走，就需要较大进风量。不间断运行、常年制冷机房内设备散热属于稳态热源，全年不间断运行，这就需要有一套不间断的空调保障系统，在空调设备的电源供给方面也有较高的要求，不仅需要有双路市电互投，而且对于保障重要计算机设备的空调系统还应有发电机组做后备电源。长期稳态热源造成即使在冬季机房内也需要制冷，尤其是在南方地区，更为突出。在北方地区，如果冬季仍需制冷，在选择空调机组时，需要考虑机组的冷凝压力和其他相关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，另外可增加室外冷空气进风比例，以达到节能的目的。多种送回风方式空调房间的送风方式取决于房间内热量的发源及颁布特点，针对机房内设备密集式排列，线缆、桥架较多以及走线方式等特点，空调的送风方式分为下送上回、上送上回、上送侧回、侧送侧回、上送后回、前下送上回等。静压箱送风机房内空调送回风通常不采用管道，而是利用高架地板下部或天花板上部的空间作为静压箱送回风，静压箱内形成的稳压层可使送风较均匀。温湿度要求高由于服务器、存储设备、路由器等电子信息设备的制造精度越来越高，导则其对环境的要求也较高。对温湿度均有较高的要求。温度过高会造成服务器设备故障率升高、可靠性下降，甚至直接造成设备宕机。湿度会影响电子设备内部电路故障，湿度过低易使设备产生静电，造成电子部件击穿短路等故障，湿度过高会造成电器元件短路、腐蚀等。洁净度要求高电子计算机机房有严格的空气洁净度要求。空气中的尘埃、腐蚀性气体等会严重损坏电子元器件的寿命，引起接触不良和短路等，因此要求机房专用空调能按相关标准对流通空气进行除尘、过滤。另外，要向机房内补充新风，保持机房内的正压。主机房与其他房间、走廊间压差不应小于5Pa，与室外静压差不应小于10Pa。数据中心环境要求目前在国内对数据中心环境要求最权威的标准为GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》。标准规定了电子信息机房在不同区域的温湿度要求，主机房和辅助区采用标准规定的温湿度要求，基本的环境设计可按照标准附录A中的环境要求，参见下表摘录部分。而数据中心的支持区（不含UPS室）和行政管理区的温、湿度控制值应按现行国际标准GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》的相关规定。标准对不同等级的机房以及不同性质的机房的环境要求进行了划分，大部分数据中心属于A级或B级。图表3不同机房等级的环境要求标准《电子计算机机房设计规范》还对机房的洁净度有要求：主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数，应小于18000粒。A机房温度要求在正常工作的服务器中，一般CPU的温度最高，当电子芯片的温度过高时，非常容易出现电子漂移现象，服务器就可能出现宕机甚至烧毁。数据中心温度是确保服务器等IT设备正常稳定运行的先决条件，温度对设备的电子元器件、绝缘材料以及存储介质都有较大的影响。数据通信设备运行时会产生极大的显热量，当数据通信设备较长时间处于高温或较大温度变化梯度的环境中时，可能因温度过高而出现宕机现象，温度太高，可使数据处理设备工作环境恶化，长此以往，将缩短电子信息设备的使用寿命，也使电子信息设备的可靠性降低。因此机房环境温度与设备运行的可靠性之间有必然联系。《电子信息系统机房设计规范》(GB50174—2008)中对相应机房的设计温度也做了规定，该规范将电子信息系统机房划分成3级。对于数据中心来讲，均应按A级与B级要求控制主机房温度，其主机房设计温度为23±l℃，C级机房的温度控制范围是18～28℃，机房不工作时，其温度应控制在5～35℃。辅助机房的无能的控制范围为18-28℃。另外对于不间断电源(UPS)和电池室要求温度控制在15-25℃。美国的ASHRAE（美国暖通制冷空调工程师协会）发布的《ASHRAEEnvironmentalGuidelinesforDatacomEquipment2008》也对数据中心的环境进行了详细的规定和解释。ASHRAE在2008版本中推荐的温度范围为18℃-27℃，相比2004版本的20-25℃要求放宽了很多。推荐的湿度范围为大于5.5℃的露点温度的相对湿度，小于60%的相对湿度。放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候,可以减少机房制冷、加热、加湿、除湿的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高PUE。图表4ASHRAE对数据中心环境要求的变化在实际的机房运行过程中,机房环境的控制要求可以根据实际要求参考以上标准以及季节等因素进行区别设定,以达到降低机房能耗的要求。在特殊情况需要根据数据设备供应商的要求而定。B环境温度变化率要求ASHRAE推荐最大环境温度变化速率为5℃/h。磁带和存储设备对温度变化速率一些数据通信设备制造商制定了数据通信设备允许环境温度变化率的标准，以避免环境温度的突然变化对数据通信设备造成冲击。环境温度变化率标准可适应所有已安装的数据通信设备。国标推荐的温度变化率为小于5℃/h。要求更高，相关厂家一般要求其环境温度变化速率小于2℃/h，湿度变化速率小于5%/h。但一旦空凋冷却系统出现故障，设备周围环境温度的变化速率可能比很大，甚至超过20℃。数据通信设备不工作时可以允许其环境温度在一个较大范围内变化，但需要向数据通信机房提供不间断供冷，以维持最低的运行工况，避免数据通信设备受到热冲击。C相对湿度要求较高的相对湿度会使数据中心内的设备的短路、磁带介质出错和元器件及电路产生腐蚀现象。在极端的情况下，相对湿度较高还会使设备的冷表面可能出现冷凝现象，这对设备的威胁更大。较低的相对湿度将产生影响设备运行的静电，造成元器件的击穿、短路等故障，甚至可能损坏设备。磁带和存储介质在低相对湿度下也会产生过度磨损，所以数据中心环境湿度应控制在合适的湿度范围内。《电子信息系统机房设计规范》中推荐机房的湿度为：A级与B级机房要求控制主机房湿度40%-55%，其辅助机房的湿度的控制范围为35%-75%。ASHRAE（美国暖通制冷空调工程师协会）发布的《ASHRAEEnvironmentalGuidelinesforDatacomEquipment2008》中推荐的湿度范围为大于5.5℃的露点温度的相对湿度，小于60%的相对湿度。推荐湿度的下限改为了露点温度，放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候,可以减少机房加湿、除湿、加热的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高PUE。D空气过滤要求空气中的尘粒将影响数据通信设备运行，因此，数据中心的空调系统应采用高效的、合适的过滤装置。腐蚀性气体会快速破坏印刷电路板上的金属薄膜和导电体，导致末端连接处电阻值增大。尘粒在散热板上堆积也将增加热阻，降低换热效率。另外，灰尘在高湿环境中会加快设备的腐蚀，使设备寿命下降。《电子信息系统机房设计规范》中要求A级和B级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数应少于18000粒。主机房内空调系统用循环机组宜设初或中效两级过滤器。新风系统应设初、中效空气过滤器，宜设亚高效过滤器。E新风要求为保持机房正压，数据中心空调系统必须提供适量的室外新风，数据通信机房保持正压可防止污染物渗入室内。虽然大多数数据中心内人员较少，但也需确保室内人员的新风需求和卫生要求，室内人员的新风需求量应满足全国或当地设计标准。《电子信息系统机房设计规范》中空调系统的新风量应取下列二项中的最大值：维持室内正压所需风量；按工作人员计算，每人40m3/h。数据中心的其它相关要求数据中心中和环境控制有关的还有保温、密封、防潮、防尘、防水、防火等，需要给予高度重视，以确保计算机系统长期可靠运行工作。HYPERLINK"http://jxkp.52jx.com/bbs/boke.asp?3333333.index.html"这就对机房设计和HYPERLINK"http://jxkp.52jx.com/bbs/boke.asp?3333333.index.html"装修提出了要求，对新建机房的建筑物进行实地勘查，依据国家有关标准和规范，结合所建数据中心各系统运行特点进行总体设计。数据中心装饰装修的基本作用就是要满足数据中心机房防火、防水、防尘、防静电、隔热、保温、屏蔽等要求。下面重点介绍保温、密封、防尘、防水。保温和密封数据中心机房的冬季保温、夏季隔热以及防凝露等技术问题是机房设计的重要考虑因素。尤其在夏季，室外温度较高，空气相对湿度大，机房内外存在较大的温差，这时如果机房的保温处理不当，会造成机房区域两个相邻界面产生凝露，更重要的是下层天花的凝露会给相邻部分设施造成损坏而影响工作，同时会使机房区域的机房专用空调的负荷加大，造成能源的浪费。在冬季，由于机房的温湿度是恒定值，此时机房相对湿度度高于室外，机房的内立面墙及天地平面产生凝露，使机房受潮，造成墙立面及天地平面建筑结构造成损坏，而影响机房的洁净度。为了节约能源，减少日后的运行费用，根据以上分析，计算机机房相邻界面凝露应按其起因而采取相应的措施来控制平面、立面隔热及热量的散失，而且数据中心主机房一般建议采用无窗设计或需要对窗户做密封处理。顶板应考虑保温，楼层地板与幕墙之间需考虑保温隔断处理。建筑围护结构特别是改建机房的建筑围护结构，其热工性能如不符合GB50189一2005《公共建筑节能设计标准》的有关规定，那么在机房装饰设计时，需作墙体保温设计。专用空调区域采用地板下送风的形式，出风口温度较低，有时会造成下一层楼顶结露，所以需要考虑地面做保温层，既能减少制冷需求，降低运行费用，又不至于使下一层楼顶结冷凝水。宜采用下一层楼顶做保温方式。此外，新风管道也需要做保温处理。机房的另外一个重要方面就是密封问题，密封可保证机房正压，有利于机房内温湿度以及洁净度的控制。其中管道孔的密封问题是经常被忽略的，如果进出机房的管道孔没有做良好的密封，首先会增大机房空调的负荷，而且还会影响机房的洁净度。在雨季，雨水有时会顺着管线流入机房；在冬季，室内外温差会造成管线结露。在有些机房的建设中，装饰装修部分的施工和电气及空调管线的施工为不同单位，如果工程监理不到位或是工程界面划分不明确，就会使进出机房管道孔的密封成为施工的盲点，因此必须引起足够的重视。机房外窗宜采用双层玻璃密闭窗，并设窗帘以避免阳光的直射。当采用单层密闭窗时，其玻璃应为中空玻璃。吊顶空间较高时，不宜直接从吊顶内回风，可设计双层顶以减少空调负荷和灭火气体容量。防水对于数据中心机房，水患是不容忽视的安全防护内容之一，数据中心水的来源主要是空调系统产生或引入。由于水患，轻者造成机房设备受损，降低使用寿命；重者造成机房运行瘫痪，中断正常营运，带来不可估量的经济损失和政治影响。因此，数据中心水患的防护是机房建设及日常营运管理的重要内容之一。在机房外围隔断、幕墙边缘、机房区活动地板下沿走廊处地板下设置适当高度的挡水墙，并应在挡水坝内设置地漏，以防发生水患并能及时排水，并对挡水坝内的地面及挡水坝做防水处理。空调给水和排水尽可能不经过主机房（主要通过走廊），不可避免时，水管应做好防结露保温，水管建议采用铝塑管，接缝处确保严密。为了使产生水情能及时处理，在可能产生水的地方（机房专用空调四周和靠走廊地板下）采用漏水报警系统。这样不仅从技术上，也从物理上充分杜绝了机房漏水的情况。与机房区无关的水管不得穿过主机房。不可避免时，应做好防结露保温，水管采用镀锌钢管螺纹连接，接缝处确保严密并经试压检验。防尘按GB50174—2008规定：“A&B级机房内的尘埃标准要达到规范的要求，即粒度大于或等于0.5um的尘埃个数≤18000粒/升）”。专用空调区防静电活动地板下的地表和四壁装饰可采用水泥砂浆抹灰。地表材料应防尘、平整、耐磨。对地板下所有区域需要防尘处理，天花、拦水坝等区域均作防尘处理。要求严格控制机房内的洁净度，主要从以下几个方面：采用专用空调、新风系统，对于进入室内的新鲜空气应进行过滤处理（中效、亚高效过滤）。灯具及桥架（净高2.8m）以上四壁应抹灰，楼板底面应清理干净，并刷黑色防尘漆，管道饰面，亦应选用不起尘的材料，并刷黑色防尘漆。为满足计算机对含尘量的较高要求，除主材选用不起尘的材料外，机房专用空调区域地板下、吊顶内需作防尘处理（拦水坝内侧区域也需做防尘处理），在机房入口处设置换鞋柜/鞋套机，以减少机房尘埃污染，使机房区域与其他部位有效地分隔为两个不同指标的空间环境。空调系统的防火措施空调系统与消防要进行联动，避免扩大火灾区域。如果有风管通过防护分区隔墙时应设置防火阀。五:数据中心的机柜和空调设备布局机房内的设备布局需要考虑多种因素，如设备散热、机房管理、人员操作和安全、设备和物流运输、安装和维护等。本文主要针对设备散热进行详细介绍。和设备散热最密切的两个机房设备是机房空调和机柜，机房空调提供散热所需的制冷量，机柜则是发热设备的载体，设备的散热都需要通过机柜进行。服务器等设备是数据中心的核心设备，其设备散热也是数据中心制冷系统的中心目标。因而服务器的散热形式也就决定了数据中心的制冷方式。早期的服务器、交换机、存储等设备缺乏统一的标准和规范，各个厂家的产品有着各自的散热结构，设备内部气流方向是比较混乱的，有下进后出、前进后出、侧进侧出、前进侧出等多种方式。随着数据中心应用的设备越来越多，功率密度越来越高，各种IT设备逐步采用相关国际标准，规范了气流设计。目前已经形成了设备进出风形式采用前进后出的共识。如Intel在关于服务器电源的相关标准中，对风扇及风道设计作了详细设计，在《PowerSupplyDesignGuidelinefor2008Dual-socketServerandWorkstations》版本1.0中，定下了ERP1U服务器电源的要求,空气前进后出，水平流动。也有少量设备采用了其它的气流组织，数量日趋减少。图表5服务器主板气流方向服务器进风温度，由服务器内部电子器件工作条件决定，主流厂家和规范要求一般为18～25℃，大部分为22～24℃；进风风量由服务器发热量决定，如某型1U高机架式刀片式服务器，满载运行功率达400W，根据进出风温差设计不同，一般需冷却风量80-140m3/h左右。机柜及其布置数据中心机柜随着服务器等IT设备的更新，尤其是机架式、刀片式服务器的大量应用，机柜系统内供电、散热、布线管理的复杂程度大大提高。单机柜内设备数量、功率密度、发热密度都有巨大提高，为解决高密度机柜的承重、布线管理、供电、散热问题，数据中心对的服务器机柜系统有了更高的要求。为适应这些应用要求，出现了很多行业和企业规范和标准，规范服务器机架/机柜的应用，适应服务器的变化要求。A数据中心服务器机柜系统的标准化根据国标《电子设备机柜通用技术条件》GB/T15395—1994、ANSI/EIA-RS310-C和EIA/TIA568的要求，服务器等主设备标准尺寸为，宽度：19英寸、23英寸；高度以U为单位（1U=44.4mm）。而目前最常用的服务器宽度为19英寸。因而目前应用最多的是19英寸服务器机柜，内部安装高度一般为42U或46U。深度最常见的尺寸为900-1200mm。图表6服务器机柜尺寸规格宽度：19英寸/23英寸深度：600～1200mm高度：常见2000/2200/2600mm高度以U为单位标注42U/46U/50UB机柜系统散热管理服务器等IT设备功率密度的持续提高带来了机柜散热的问题，有的采用传统的机柜内加风扇，加大对机柜内服务器等IT设备的送风量。大部分机柜采用和服务器气流一致的前进风方式，出风方式以后出风为主，也有顶出风的方式。下图给出了几种常见的机柜进出风方式。图表7常见的机柜进出风方式由于采用了高热密度的设备，机柜内发热量大大提高，需要高通风量以利于机柜内设备的散热，所以机柜多采用高通孔率的网孔门，基本采用前后网孔门，网孔门的通孔率取决于设备的发热量和通风量的要求。机柜内的交换机、服务器等IT设备有大量的数据线缆和电力电缆，需要对这些线缆和电缆分别管理和配置。在机柜内可加装气流隔离、导流附件装置，如盲板（假面板）、导流罩等附件，隔离冷热气流，减少气流阻碍，利于进出气流流动，利于机柜发热大的设备散热。特别是在冷热通道布局中，需要使用盲板，将服务器机柜上空闲的U空间挡住，减少冷空气与热空气的无效热交换。机柜内设备发热量不同，所需的风量也不同，此外风量的大小还和机柜进出风温差有关，允许的进出风温差越大，机柜所需的风量也就越小。机柜进风量的要求，可以参考下表。图表8在不同进出风温差时的风量需求△T：温差（K)1kw热量对应风量m3/h6498742683739332102991127112249注：计算公式为V=3600*Q/（C*P*△T），其中V：风量m3/h；Q：发热量kW；C:空气密度取值1.2kg/m3；P:空气比热容取值1.005kj/(kg.K)；△T：进出风温差，℃。以上数据均为在标准大气压取值。机柜的布置机柜的布置需要考虑设备散热、维护、搬运、消防等因素。由于目前机柜大多采用前进风后出风的方式，机柜摆放有两种方式：机柜朝向一致摆放方式和面对面背对背的摆放方式。对于每个机柜小于1KW的低热密度机房，两种机柜摆放方式都可以满足要求。对于每个机柜大于1KW的中高热密度机房，从冷却角度考虑，机柜或机架的布置宜采用面对面和背对背的方式。这种摆放方式可以避免前排机柜送出的热风对后排机柜造成影响，而且形成的机房的冷热通道布局，冷热气流相对分离，避免了冷热气流的无效混合，提高冷量利用率，并可提高单机柜的热负荷。图表9中高热密度机房的冷热通道布局示意图机房空调及其布置机房空调概述空调设备是一种人为的空气调节装置，它可以对房间进行降温、减湿、加热、加湿、通风、净化等调节过程，利用它可以调节室内的温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而使人们获得新鲜而舒适的空气环境。随着应用领域的不同，空气参数的设定也会有所不同。对于机房空调主要满足机房温度、湿度、气流、洁净度的要求，是数据中心空调系统的核心设备，提供制冷、加热、加湿、除湿、送风、过滤等功能。A机房温度控制空调系统的温度调节功能主要靠制冷循环系统实现。制冷循环系统主要有四个基本部件：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。由管道将四部分连接成的密闭系统，制冷剂（平常所说的氟利昂）在这个密闭的系统中不断循环流动，发生相态的变化，与周围环境进行热交换，从而达到制冷的目的。压缩机—制冷循环的核心，是制冷剂在系统内循环的动力装置，使蒸发器中的制冷剂保持低压，冷凝器中制冷剂维持高温高压。冷凝器—在冷凝介质的作用下，使压缩机排出的过热饱和蒸汽冷凝为液态。膨胀阀—制冷剂循环流量的调节装置，它对高压液态制冷剂节流降压，使进入蒸发器的制冷剂在要求的低压下吸热蒸发。同时根据被冷却介质的热负荷变化自动调节进入蒸发器的制冷剂的流量。蒸发器—经节流后的液态制冷剂在蒸发器中吸热汽化，使被冷却物质降温，实现制冷的目的。制冷剂—它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的流体介质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。目前空调机组最常用的制冷剂为R22，可以在同样的制冷系统中取代R22的更环保的制冷剂是R407C。R407C对臭氧层没有破坏作用，但仍然是温室气体，仅仅是一种过渡型制冷剂。目前还没有完美替代R22的制冷剂。当采用R407C制冷剂时需要注意室外机配置，由于R407C的特性和R22有所不同，其室外散热能力稍弱，一般需要重新匹配室外机。图表10空调设备制冷系统原理图具体过程为：液态制冷剂在蒸发器吸收房间空气中的热量由液体变成气体，其温度压力均不变化，而房间内的空气由于热量被带走，温度下降，冷气从出风口吹出。液态R22制冷剂在室内被气化后，被压缩机吸入压缩成高压、高温的蒸汽，然后进入冷凝器，高温高压的气体制冷剂在冷凝管中于室外空气进行热交换，被冷却成中温高压的液体。此高温高压液体在经节流装置节流以后变为低压、低温的液态制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，从而起到循环的目的。当需要加热时，机房空调一般采用电加热器，使房间的空气升温。从加热方式来看，主要为电加热，采用不锈钢加热器或PTC加热器。B机房湿度控制机房内的除湿也依靠制冷循环来实现，在制冷过程中，我们可以控制蒸发器表面的温度低于被冷却的室内空气露点温度，凝结水不断从蒸发器表面流出，达到除湿的目的。机房内湿度过低时依靠加湿器加湿，加湿器把水汽化为纯净的水蒸气，通过送风系统把水蒸气送入机房，达到加湿的目的。目前机房常用的加湿方式主要有红外线加湿、电极式加湿。C机房洁净度控制机房洁净度的控制要从两个方面着手：机房正压和过滤。机房正压通过新风来实现。过滤通过空调机组回风口设的过滤器，可以过滤空气的灰尘和杂质，通过选配不同过滤等级的过滤就可以达到控制房间内空气洁净度的目的。为保证机空调房的洁净度，过滤器一般为初效或中效过滤器。以上各部分组合起来，通过控制系统组成一个有机的整体，就构成了空调机组。机房空调机组按送风方式分为下送风机组、上送风机组，按是否自带冷源方式分为直接膨胀（DX）式机组和冷冻水（CW）机组，DX机组自身具有制冷系统，CW机组自身不带制冷系统，需要利用冷水机组提供的低温冷冻水提供冷源。直接膨胀式机组按冷却方式不同又分为风冷机组、水冷机组、乙二醇冷机组等，近年来随着机房对空调要求等级逐渐提高，有出现了双冷源机组，即一台空调机组内包括DX和CW两种制冷单元，可以互为备份自动切换。机房空调送回风方式目前常见的机房空调机组的送风主要有地板下送风上回风、上送风风帽送风、上送风风道送风、局部区域送回风等送风方式。请参见第7部分机房气流组织部分。机房空调布置机房空调机组需要根据机房形状、设备布局、送风方式、热密度等确定布置方式，下面介绍常见的布局方式。空调图表11空调单侧布置示意图机架冷通道热通道冷通道热通道冷通道空调空调图表12空调双侧布置示意图机架热通道冷通道热通道冷通道热通道空调图表13空调靠近热源布置示意图制冷末端热通道机柜冷通道热通道冷通道热通道六数据中心空调方案设计数据中心良好的环境需要合适的空调方案，合适的空调方案不但能保证机房良好的温湿度、洁净度环境，而且可以使运行费用降低，节约运行成本，降到全生命周期成本。空调方案的设计主要包括制冷量需求技术、送风方式选择、空调设备选择和空调设备冷却方式设计等方面。数据中心的制冷量需求确定在某一时刻为保持房间具有稳定的温度、湿度，需要向房间空气中供应的冷量称为冷负荷。相反，为补偿房间失热量而需向房间供应的热量为热负荷。为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个空调房间的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。根据性质不同，得热量又分为显热和潜热。数据中心的冷负荷可按照GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》7.2进行设计。根据7.2.2规定，机房空调系统夏季的冷负荷应包括下列内容：机房内设备的散热；建筑围护结构的传热；通过外窗进入的太阳辐射热；人体散热；照明装置散热；新风负荷。伴随各种散试湿过程产生的潜热。其中电子信息设备和其它设备的散热量应按产品的技术数据进行计算。根据7.2.3规定，空调系统湿负荷应包括下列内容：人体散湿新风负荷设备散热冷负荷机房内设备传热形成的冷负荷占到总显冷负荷的90-95%左右，主要包括服务器、路由器、网络设备等电子设备，以及配电系统等电力设备，均属于稳定散热。大多数设备生产厂商均能提供计算机设备的电功率及散热量，设备电功率基本全部转换为散热量，一般在97%以上。已知设备电功率，则为Qs=X1X2N式中Qs电子设备冷负荷，KW；X1负荷系数，一般取值0.7～1.0计算；X2----------同时使用系数，一般取值为0.9-1.0；N电子设备电功率，kW。每台服务器在出厂时均附有一个标称额定功率，它标明了该服务器的最大使用功率，但这并不代表实际使用功率。为了了解服务器实际使用功率，往往需要利用厂商提供的功率计算器计算设备在当前配置时的功率需求。例如有服务器厂家提供在线功率计算，在输入了服务器所配置的处理器的频率、处理器数量、内存卡容量规模与数量、PCI卡数量、硬盘容量规模与数量之后，能够自动计算出该服务器有关功耗与发热量的参考值。如果不知道设备的电功率，可以通过机房分期规划的设备功耗来估算设备的散热冷负荷。对于UPS设备本身也有发热量，一般大容量的UPS布置在一个独立的房间，它对室内环境的温湿度及洁净度也有一定的要求，UPS设备一般有风扇等散热装置。它的发热与其实际功率和功率因数有关，可参照厂商提供的数据。如没有给定数值时，可按下式计算为Q=N(1-η)式中Q散热量，kW；N实耗功率(和安装功率并不同)，kW；η------效率，一般取0.9-0.93。围护结构的得热量及其形成的冷负荷维护结构形成的冷负荷主要包括两方面：外围护结构（外墙、屋顶、架空楼板）的传热冷负荷和内维护结构（内墙、内窗、楼板）的传热冷负荷。通过外窗进入的太阳辐射热及其传热形成的冷负荷通过外窗进入室内的得热量有温差传热和日照辐射两部分。传热得热形成冷负荷由室内外温差引起。日照辐射得热形成的冷负荷，因太阳辐射到窗户上时，除了一部分辐射量反射回大气之外，其中一部分能量透过玻璃以短波辐射的形式直接进入室内；另一部分被玻璃吸收，提高了玻璃温度，然后再以对流和长波辐射的方式向室内外散热。人体散热形成的冷负荷人体散热与性别、年龄、劳动强度、衣着及进入房间的时间有关，包括显热冷负荷和潜热冷负荷。照明散热形成冷负荷照明设备的散热也分为对流和辐射部分，其中对流部分形成瞬时冷负荷，辐射部分先由室内表面物体吸收，再通过对流的方式形成冷负荷。新风形成冷负荷机房内要保证正压，需要不断向机房内补充新风，新风全冷负荷中分别包括显热和潜热形成的冷负荷。新风冷负荷最好设计专门的新风处理机组来处理。在数据中心以上各部分冷负荷中，2-6项形成的热湿负荷占得比重比较小，约为5-20%，部分设备发热量小的机房可能占到30%。大部分冷负荷为机房内设备的发热造成的显热冷负荷。2-6项冷负荷具体的算法可以参考空气调节相关的规范和设计手册，或者计算软件，有比较成熟的计算方法。数据中心的气流组织为了对数据通信设备进行有效冷却，不但需要足够的制冷量，而且机房空调系统空气分布必须与机房冷负荷相匹配。空调系统的气流分布应能满足发热设备本身的散热方式、设备布置方式、布置密度、设备散热量以及室内风速、防尘、噪声等要求，结合建筑条件综合确定。数据中心机房空调系统的气流组织简单的说就是送风口回风口的位置设计布置以及采用相应的风口型。气流组织确定要考虑以下几个方面：A首先要依据设备冷却方式、安装方式，如目前较常见的设备和机柜的冷却方式都是从前面进风，后面或上部出风。B冷量的高效利用。使散热设备在冷空气的射流范围内。C机房建筑结构、平面布局。机房各个系统的建设要依托于建筑环境中，也受到这些因素的制约，如建筑层高、形状、面积等。下面对机房几种常用气流组织形式做分析。下送上回气流组织数据中心机房内通常设架空的活动防静电地板，活动地板下的空间,用作空调送风的通道。空气通过在活动地板上装设的送风口进入机房或机柜内。下送上回气流组织如图3-5所示．回风通过空调回风直接回风或通过在机房顶棚上装设的风口回至空调装置。对于中高热密度数据中心，宜采用下送上回的气流组织。图表14下送上回气流组织下送上回方式是大中型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速冷却设备，利用热力环流能有效利用冷空气冷却效率，因为热空气密度小、轻，它会往上升；冷空气密度大、沉，它会往下降，填补热空气上升留下的空缺，形成气流的循环运动，这就是热力环流。热力环流不同于水平流动的风，它是空气上下垂直的对流运动，冷与热激发出气流缓慢的运动。跟风不一样，风能够改造局部环境的气候，而热力环流是气流运动的原始动力。利用气流的原始动力，可以不用设置动力设备，同样达到最佳的冷却效果，如图1所示。送风口可安装在高架活动地板上，也可用高架地板配套的风口地板送风，地板下的空间可作为空调送风静压箱。静压箱可以减少送风系统动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动，可使送风效果更加理想。空气经过地板上安装的风口板向设备和机柜送风。下送风机房活动地板的空调送风风口一般布置在机柜近侧或机柜底部。冷却空气从设在机柜近侧或机柜底部的活动地板风口送出，送出的低温空气只在瞬间与机房内的热空气混合，即刻从机柜的进风口进入机柜，有效地提高了送入机柜冷却空气的质量，用较少的风量，提高了机柜的冷却效果。为了形成以机柜冷热通道相间隔的状态（图3-4），也可以采用机柜背对背的形式布置，在IDC机房采用下送风方式，可以采用图3-6的气流组织形式。美国2005年4月发布的TIA942《数据中心通信基础架构标准》中要求机房内计算机设备及机架采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式，打破常规，将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口，形成一个冷空气区“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的“热通道”中，通过热通道上方布置的回风口回到空调系统，使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房专用空调的制冷量利用率，进一步提高制冷效果。图表15地板下送风和机柜冷热通道布局如果采用吊顶天花回风，回风口可安装在天花板上，也可以利用微孔铝天花板回风。回风同样也是利用天花板与楼板之间的空间构成的静压箱回风。下送上回风具有以下显著优点：有效利用冷源，减少能耗。机房内整齐、美观，所有线槽都可暗敷。便于设备扩容和移位。活动地板下用作送风静压箱,当计算机设备进行增减或更新时．可方便地调动或新增地板送风口及机柜接线口的位置及数量。采用地板下送风天花板上回风，在设计中需要注意以下问题。1、保持活动地板下一定的均压静压值机房内架空的活动地板下的空间，用作送风风道，通风截面较大，为矩形形状，截面竖向间隔有许多活动地板的支撑杆，造成空气沿地板长度方向流动过程中的压力损失。如果送风沿途的距离较长，选用的通风机全压值虽能克服地板长距离送风的全部压力损失，但送风的始、终端的压差较大，不利于地板下保持均匀的静压值。如果地板下布设有电缆及通信线缆线槽，将会进一步增大送风压力损失，造成地板下的送风压力不均匀，所以尽量不要在地板下敷设各种通信线缆，同时要适当控制地板下送风的距离。在送风通畅的地板下，静压分布也并不是完全均匀的。见图20，在空调近端A点，送风风速较高，动压较大，静压较小，在风量过大或地板高度较小的极端情况下，甚至会出现静压为负值的情况。地板下静压在距离空调设备一定距离的B点，地板下送风速度逐渐下降，静压达到最大值，B点后，送风阻力逐渐增大，静压和动压均逐渐减小。图表16地板下静压分布规律示意图空调送风地板下静压分布总压高度ABC摩擦阻力损失距离静压动压(送风阻力还有其他因素,如管道,线缆,支架等)2、保证高架地板架空高度地板高度的确定需要根据功率密度、机房形状、空调机组摆放、送风距离、备份方式等确定。一般数据中心机房高架地板敷设高度宜在400mm以上，有条件时应该尽量增加静压箱高度，这样可以保证不影响气流。在高热密度机房，如大于1kW/m2，地板高度需要在600mm以上，有的机房地板高度甚至超过1000mm。3、控制活动地板下送风风速根据机房内设备集中布