內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心核心機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)的選擇與實(shí)施

劉泱

內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心

內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心核心機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)的選擇與實(shí)施

劉泱

內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心

精密空調(diào)系統(tǒng)是內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)中心核心機(jī)房工程的重要組成部分。文章針對(duì)核心機(jī)房的主要功能，對(duì)其制冷系統(tǒng)的需求做了嚴(yán)格測(cè)算，并通過(guò)調(diào)查研究詳細(xì)分析比對(duì)了常見(jiàn)各類(lèi)精密空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)自身機(jī)房需求進(jìn)行了分析比對(duì)，確定應(yīng)采用風(fēng)冷型作為核心機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)選擇并實(shí)施。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)精密空調(diào)

一、引言

為了滿(mǎn)足內(nèi)蒙古自治區(qū)不斷提高的氣象防災(zāi)減災(zāi)需求，2013年，內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局開(kāi)始組織建設(shè)內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心預(yù)警大樓。大樓核心機(jī)房及相關(guān)配套設(shè)施不僅將承載全樓信息網(wǎng)絡(luò)核心業(yè)務(wù)，同時(shí)還將成為支撐全區(qū)氣象現(xiàn)代化建設(shè)的數(shù)據(jù)中心。因此對(duì)核心機(jī)房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有了更大的要求。

二、精密空調(diào)種類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

計(jì)算機(jī)機(jī)房專(zhuān)用精密空調(diào)機(jī)組是西方國(guó)家科學(xué)家根據(jù)目前世界上各類(lèi)品牌計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)綜合環(huán)境的變化要求而專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的一種特殊空調(diào)機(jī)，它有如下主要特點(diǎn)：保持常年恒溫22℃±1～2℃（因計(jì)算機(jī)主機(jī)及相關(guān)設(shè)備為不間斷熱源器件）；保持常年恒濕，相對(duì)濕度40%~60%（因計(jì)算機(jī)主機(jī)及相關(guān)設(shè)備在濕度較大情況下易造成電路板等接插件短路，而在濕度較小情況下，易產(chǎn)生靜電吸附、集成塊龜裂，造成對(duì)主機(jī)的損害）。

表1　機(jī)房室內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)需求溫濕度

通過(guò)對(duì)社會(huì)不同部門(mén)不同規(guī)模機(jī)房制冷設(shè)備的調(diào)研，常見(jiàn)的機(jī)房精密空調(diào)的種類(lèi)包括風(fēng)冷型、水冷型、冷凍水制冷型及雙冷源型等，使用方根據(jù)機(jī)房的結(jié)構(gòu)及設(shè)備特點(diǎn)選擇更適合自身需求的方案進(jìn)行實(shí)施。

1.風(fēng)冷型機(jī)房精密空調(diào)

風(fēng)冷，即空調(diào)的制冷劑通過(guò)風(fēng)來(lái)冷卻，安裝在室外的冷凝器（精密空調(diào)室外機(jī)）將冷凝劑的熱量帶走，使制冷劑放出熱量。風(fēng)冷型冷凝器，主要由若干組銅管和風(fēng)機(jī)組成，由于空氣的傳熱性能很差，通常會(huì)在銅管外增加肋片，以增加空氣側(cè)的傳熱面積，同時(shí)用風(fēng)機(jī)來(lái)加速空氣流動(dòng)，增加散熱效果，其中風(fēng)機(jī)的速度有恒速的，有可調(diào)的，或者恒速+可調(diào)。根據(jù)不同廠家設(shè)備的要求，室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)之間銅管的距離，即室內(nèi)外機(jī)之間的高度差也有要求，在選型時(shí)要與實(shí)際情況相結(jié)合。

風(fēng)冷型一般采用下送風(fēng)，上回風(fēng)，由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心均采用防靜電地板，把防靜電地板（離樓板高度一般為40~45厘米之間）下的空間作為空氣靜壓箱，在設(shè)備機(jī)柜吸氣方向設(shè)置出風(fēng)口，冷風(fēng)經(jīng)過(guò)設(shè)備機(jī)柜后變成熱風(fēng)，再通過(guò)回風(fēng)管或頂部吊頂回風(fēng)或者直接返回精密空調(diào)的回風(fēng)口（一般采用熱風(fēng)直接返回，因此精密空調(diào)的擺放位置很重要）。因此，風(fēng)冷型精密空調(diào)的應(yīng)用較為廣泛。

優(yōu)點(diǎn)：（1）直接蒸發(fā)制冷循環(huán)，沒(méi)有冷凍水和冷卻水系統(tǒng)。（2）每個(gè)機(jī)組都有自帶的壓縮機(jī)，可以在每個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)N+1的備份方式。（3）室外機(jī)安裝分散，不需太多考慮室外機(jī)承重問(wèn)題。

缺點(diǎn)：（1）外機(jī)的噪聲和發(fā)熱大，對(duì)周邊環(huán)境的影響。在夏季高溫期，室外機(jī)可能因?yàn)樯岵涣紝?dǎo)致高壓報(bào)警。（2）室外機(jī)肋片容易積累灰塵，不經(jīng)常清洗，會(huì)影響空調(diào)的制冷效果。（3）制冷效率較低，低于水冷型。

2.水冷型機(jī)房精密空調(diào)

水冷型機(jī)房精密空調(diào)的結(jié)構(gòu)跟風(fēng)冷型的差別不大，主要的差別是：水冷型機(jī)房精密空調(diào)在室內(nèi)機(jī)設(shè)置水冷板式冷凝器（跟風(fēng)冷型精密空調(diào)相比，制冷劑的內(nèi)循環(huán)只在室內(nèi)機(jī)，壓縮機(jī)的工作壓力就要小得多），制冷劑在經(jīng)過(guò)水冷板式冷凝器時(shí)放出熱量，而水冷板式冷凝器的冷水吸收熱量后經(jīng)水泵（一般安裝在精密空調(diào)外部）排到大樓冷卻塔，再由冷卻塔將熱量排放到空氣中去。

優(yōu)點(diǎn)：（1）冷凝器、蒸發(fā)器均在室內(nèi)機(jī)內(nèi)部，制冷循環(huán)系統(tǒng)在機(jī)組內(nèi)部完成，制冷效率相對(duì)風(fēng)冷機(jī)組高。（2）不需要室內(nèi)、室外機(jī)的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機(jī)組連接在一起，在大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)里，工程量能相對(duì)減少，不存在室內(nèi)、室外機(jī)距離限制。（3）可以用幾組較大的室外干冷器做N+ 1備份工作方式，在中大型數(shù)據(jù)中心占地面積相對(duì)較小。

缺點(diǎn)：（1）電子信息設(shè)備是必須遠(yuǎn)離水的，因此對(duì)與精密空調(diào)連接的水管提出了極高的要求，包括水管本身質(zhì)量、水管走向、水管焊接技術(shù)等。（2）由于冷卻水為循環(huán)水，長(zhǎng)期與空氣接觸后會(huì)非常臟，因此在水循環(huán)管路上必須安裝水過(guò)濾器。（3）增加了冷卻塔、水泵、水管的單點(diǎn)故障，需要有備用設(shè)備，費(fèi)用較高。

3.冷凍水制冷機(jī)房精密空調(diào)

冷凍水機(jī)房精密空調(diào)在室內(nèi)機(jī)主要由冷凍水盤(pán)管、風(fēng)機(jī)、電加熱器、加濕器和水閥組成，一般不設(shè)壓縮制冷系統(tǒng)，因此這種機(jī)型的前期投資比較小，但是依賴(lài)于冷凍水，如果冷凍水無(wú)法供應(yīng)則系統(tǒng)癱瘓。因此，就有下面的雙冷源系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）風(fēng)冷冷水機(jī)組集中制冷，制冷效率最高，運(yùn)行費(fèi)用最低。（2）不需要室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機(jī)組連接在一起。（3）在大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)里，工程量能相對(duì)減少。（4）不存在室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)距離限制。

缺點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)中心內(nèi)部帶有水循環(huán)系統(tǒng)，需要設(shè)置防漏水檢測(cè)系統(tǒng)和防護(hù)措施。（2）施工工程相對(duì)復(fù)雜，需要有壓力管道施工資質(zhì)的工程隊(duì)完成。（3）日常維護(hù)的工作復(fù)雜，需要在冷水機(jī)組的維護(hù)人員。

4.雙冷源系統(tǒng)機(jī)房精密空調(diào)

雙冷源系統(tǒng)是為確保機(jī)房精密空調(diào)的制冷的保障性，同時(shí)充分利用大樓中央空調(diào)的冷凍水，可以采用雙冷源機(jī)房精密空調(diào)。有下面2種組合：風(fēng)冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統(tǒng)為主用，風(fēng)冷系統(tǒng)為備用；水冷冷凝+冷凍水，以冷凍水系統(tǒng)為主用，水冷系統(tǒng)為備用。

優(yōu)點(diǎn)：（1）雙系統(tǒng)互為備份，安全可靠性高。（2）可以充分利用大樓中央空調(diào)冷卻水，起到節(jié)能的效果。

缺點(diǎn)：（1）初期投資較大。（2）管線(xiàn)較多，占用空間大，給安裝帶來(lái)麻煩。

圖1　核心機(jī)房精密空調(diào)部署圖

三、核心機(jī)房需求技術(shù)分析

根據(jù)核心機(jī)房的整體規(guī)劃方案，共設(shè)計(jì)與核心機(jī)房配套5個(gè)區(qū)域，分別是：主服務(wù)器機(jī)房，270平米；高性能存儲(chǔ)區(qū)，68.2平米；UPS室，64平米；輔助設(shè)備區(qū)，20.2平米；鋼瓶間，30平米。為滿(mǎn)足現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求及未來(lái)冗余，核心機(jī)房規(guī)劃設(shè)備容量為76臺(tái)服務(wù)器機(jī)柜、配電柜等，依據(jù)舊機(jī)房制冷系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)及總功率法計(jì)算，信息主中心網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的總制冷量為180KW，高性能存儲(chǔ)區(qū)總的制冷量為30KW。

預(yù)警中心大樓設(shè)計(jì)建造中，沒(méi)有設(shè)置冷凍機(jī)房或管道的空間，而水冷系統(tǒng)必須建設(shè)冷卻塔、水泵等外置設(shè)備；沒(méi)有安裝中央新風(fēng)空調(diào)，如果安裝冷凍水系統(tǒng)不能將中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)作為基本的冷凍水源，無(wú)法達(dá)到循環(huán)節(jié)能的目的；沒(méi)有足夠數(shù)量、專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)職維護(hù)人員來(lái)進(jìn)行水冷及冷凍水空調(diào)系統(tǒng)的日常運(yùn)維工作，故水冷類(lèi)精密空調(diào)不適宜核心機(jī)房配備使用。

圖2　核心機(jī)房平面設(shè)計(jì)圖

根據(jù)核心機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)劃，只需設(shè)計(jì)主服務(wù)器機(jī)房和高性能存儲(chǔ)區(qū)的空調(diào)制冷方案單個(gè)機(jī)柜發(fā)熱量在2～3KW，總冷量需求較小，風(fēng)冷系統(tǒng)空調(diào)的組合設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心機(jī)房的需求；且風(fēng)冷系統(tǒng)的建設(shè)成本較其他系統(tǒng)低，維護(hù)成本低，綜合其他因素，風(fēng)冷型精密空調(diào)系統(tǒng)適合做為核心機(jī)房制冷設(shè)備。

四、核心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)方案的實(shí)施

按照上述需求分析，核心機(jī)房新配置3臺(tái)制冷量為80KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)及3臺(tái)原有制冷量為30KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的24H恒溫恒濕。

高性能存儲(chǔ)區(qū)配置原有2臺(tái)制冷量為30KW的下送風(fēng)上回風(fēng)精密空調(diào)，2臺(tái)雙冗余備份工作方式，1臺(tái)主工作，另一臺(tái)作為備份機(jī)器，通過(guò)控制器進(jìn)行多種工作方式的轉(zhuǎn)換，在其中一臺(tái)精密空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)備份空調(diào)可以為機(jī)房提供制冷，2臺(tái)機(jī)器可以輪換工作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的24H恒溫恒濕；電池間采用2臺(tái)5KW精密空調(diào)為電池提供恒溫環(huán)境；輔助設(shè)備區(qū)采用2臺(tái)5KW精密空調(diào)為UPS及其他設(shè)備提供恒溫環(huán)境。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)房常用精密空調(diào)種類(lèi)及各自有缺點(diǎn)的分析，結(jié)合內(nèi)蒙古氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警中心核心機(jī)房實(shí)際需求，最終選取風(fēng)冷式精密空調(diào)作為核心機(jī)房制冷設(shè)備，并設(shè)計(jì)制冷方案部署實(shí)施。通過(guò)對(duì)設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行，核心機(jī)房風(fēng)冷設(shè)備效果良好，為今后機(jī)房建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB50174-2008.

［2］朱利偉，草播.《綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計(jì)與建設(shè)初探》，機(jī)房技術(shù)管理，2010年.

［3］別毅，安俊新.《國(guó)家氣象信息中心二層機(jī)房二期改造空調(diào)制冷方案》.