数据中心新风系统设计以及热密度

数据中心新风系统设计以及热密度ThismodelpaperwasrevisedbytheStandardizationOfficeonDecember10,2020数据中心新风系统设计以及热密度数据中心新风系统设计以及热密度数据中心新风系统设计数据中心新风主要为提高数据中心内空气质量，保持正压，以及保证人正常工作的需求。每人≥40m3/h；维持机房正压所需的新风量（主机房对走廊或其它房间之间的正压≥5Pa、对室外的正压≥10Pa）。数据中心应确定一个适宜的新风量，新风量过小或过大不能满足机房温、湿度和洁净度的要求。建议按维持数据中心所需正压值和...

ThismodelpaperwasrevisedbytheStandardizationOfficeonDecember10,2020数据中心新风系统设计以及热密度数据中心新风系统设计以及热密度数据中心新风系统设计数据中心新风主要为提高数据中心内空气质量，保持正压，以及保证人正常工作的需求。每人≥40m3/h；维持机房正压所需的新风量（主机房对走廊或其它房间之间的正压≥5Pa、对室外的正压≥10Pa）。数据中心应确定一个适宜的新风量，新风量过小或过大不能满足机房温、湿度和洁净度的要求。建议按维持数据中心所需正压值和每人≥40m3/h两项中的较大值计算新风量。维持机房正压所需新风量较难计算。要维持机房对走廊（或其它房间）的正压≥5Pa，则通过机房门窗等缝隙的出风速度≥s，新风量应为缝隙总面积与出风速度的乘积；由于缝隙总面积很难计算，因此维持机房正压所需的新风量亦难于计算。由于维持机房正压所需新风量难以计算，根据经验及参照洁净室的设计，可按1-2次换气/h来计算新风量。若机房四周围护结构的密封性较好，可采用≥1次换气/h来计算新风量；若密封性较差，可适当提高换气次数并采取密封措施。最有效并且节能的办法是对四周围护结构采取密封措施，特别应注意活动地板下和吊顶内的密封，所有穿过机房围护结构的管线敷设后均应将孔洞封堵严密防止漏风。新风量大的优点在于：1）较易维持机房的正压；2）可供给工作人员较多的新鲜空气。缺点在于：1）在我国许多地区，夏季新风热、湿负荷均较大，若新风量大，将会给空调系统增加较大的负担；例如夏季若将5000m3/h新风处理到机房内的状态（温度23℃、相对湿度55%），北京地区需冷负荷，上海地区需冷负荷72kW。2）在较寒冷的地区，若冬季新风量大，所需的加湿量和加热量均较大。例如冬季若将5000m3/h新风处理到机房内的状态（温度20℃、相对湿度55%），北京地区需加湿量h；大型机房专用空调机每台的加湿量仅8-10kg/h，若新风量大将给空调系统增加很大负担。在较寒冷的地区，冬季若直接将大量新风未经加热直接送入机房，当新风温度低于机房露点温度时易引起结露现象，此时须将新风加热后再送入；若新风量大，所需加热量大，造成能源的浪费。3）新风量大，所需新风过滤器数量多，初投资和维护工作量均较大。新风量小的优点在于：1）夏季处理新风所需空调负荷小，冬季所需加湿量和加热量亦小，节省初投资和运行能量；2）所需新风过滤器数量少，初投资和运行维护费用均较小。　　　新风量小的缺点在于：1）较难维持机房所需的正压值。若机房正压值低甚至是负压，机房的温湿度和洁净度很难维持；2）室外未经处理的空气通过门窗等缝隙直接进入机房，夏季在较潮湿地区造成机房相对湿度过高，冬季在较寒冷地区造成机房相对湿度过低。由于室外空气未经过滤经缝隙进入，机房洁净度亦无法保证。新风系统一般采用新风机组对新风进行预处理后，送入机房与回风混合再进入专用空调机处理；新风系统应包括新风过滤装置和新风温、湿度预处理装置：1）新风过滤装置。最少应有两级空气过滤器，第二级过滤器应为亚高效空气过滤器，才有可能保证机房的洁净度达到所需的要求。室外空气质量差的区域，需采用三级过滤。2）新风温、湿度预处理装置。用新风机对新风进行预处理，夏季降温、降湿，热泵式空调机冬季还可用于加热；在较寒冷的地区，冬季热泵式空调机不能制热运行或制热量不够时，需另加新风加热器以防新风送入机房后结露。为保证数据中心内新风需求和避免不必要的浪费，建议采用新风量设计和智能控制相结合的方式来达到较好效果。数据中心热密度数据中心的热密度越来越高，从原来的1-2Kw/Rack，到5-6kW/Rack，10kW/Rack，在目前的超算数据中心已经出现了80kW/Rack的案例。高热密度设计随着IT设备的变化在发展，但低于几年前的预测，因为随着计算能力的迅速提高，IT节能技术也在发展，IT设备的功耗增加并不如10年前预测的单机柜平均达到15kW，目前单机柜功率维持在3-7kW左右，很多互联网或者云计算客户，单机柜功率可达10kW左右，部分超算用户单机柜较高，可达几十kW。总体上高热密度需求在逐步提高，但步伐比预测要小。根据国内外已有的客户案例，并结合数据中心行业的发展趋势，一般认为单机柜散热量>7KW为高热密度数据中心。单机柜指常见的一台标准服务器机柜，参考尺寸是：宽度600mm~800mm，深度1000mm~1200mm，高度2000mm~2500mm。高热密度对数据中心空调设计产生了较大的影响，如气流组织，空调设备和机柜的相对位置，甚至芯片冷却。高热密度数据中心一般采用靠近热源的冷却方案，如列级空调和机柜级空调。通常高热密度设计会使空调系统能效更高，降低数据中心PUE，主要的原因在于：1）高热密度通常可以使回风温度更高，可以提高冷源效率，增加自然冷却时间；2）风机更接近热源，风机能耗更低；3)单位面积空调系统冷源的输送效率更高。采用高热密度除适应IT设备和减少占地面积外，也可以降低PUE，降低空调系统能效，所以在有条件是可以多考虑采用高热密度数据设计，投资回报率较高。

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