高功率密度數據中心空調系統設計
2014/10/28 12:27:01一、項目背景：
隨著IT技術的不斷發展高功率密度機架應運而生。這些高功率密度機架卻引發了單位面積的發熱量急劇上升的問題，如何設計空調系統解決高功率密度機房的散熱問題成為設計的難點。
二、項目思路：
針對數據中心不同功率密度的機柜采用不同的空調形式，到達“安全可靠”，“經濟節能”的效果。本文以某大型數據中心為例，概述高熱密度數據中心的空調系統設計。
三、項目成果：
該數據中心共包含兩百多個個單臺熱功率為125kW的定制機柜和幾十個單臺熱功耗為10kW的標準機柜及其他機柜，整個計算中心總冷負荷為高達3萬多千瓦�？照{系統設計如下：
1、空調系統冷熱源選擇
該計算中心機房冷卻系統采用“區域供冷”冷源，所需的冷凍水由所在地區區域供冷系統的兩個冷凍站供應。冷源安全性好、運行經濟性高。兩個冷凍站各自獨立的管網可互為備份，保障冷凍水的有效供應。
2、空調系統末端設備設計
該計算中心機房冷卻系統采用三種規格的空調末端設備。定制機柜采用側送側回風行間空調，標準機柜采用前后通風行間空調，托管的服務器、網絡設備、電源設備采用冷凍水型機房精密空調。
（1）定制機柜空調設備及冷凍水安裝方式
定制機柜單機柜最大熱功耗約125kW，若采用恒溫恒濕風柜下送風的空調方式已經不能滿足機柜的散熱。由于機柜采用雙面對插刀片式組裝結構，左右通風，采用冷凍水型行間空調設備靠近機柜安裝就近送風制冷，定制機柜與列式空調設備構成一個封閉循環的冷卻結構。所以冷凍水管道必須進入計算機房，在活動地板下面安裝，活動地板不作為送風通道使用。
考慮到安全余量及實際運行制冷能力衰退等因素，單機柜空調熱負荷按150KW設計，1個定制機柜配2臺制冷量75kW的行間空調。1個或多個定制機柜與行間空調設備構成一組，冷卻空氣在組內封閉循環。圖1為3個機柜一組的封閉循環冷卻結構示意圖。
圖1定制機柜組循環冷卻結構示意圖
（2）標準機柜空調設備配置
標準機柜采用常規機箱式組裝結構，前后通風。采用冷凍水型行間空調設備散熱。單臺機柜熱功耗在10kW左右，行間空調設備制冷量在25kW左右，兩個標準機柜共用1臺行間空調設備，冷卻結構如圖2所示。
圖2標準機柜冷卻結構示意圖
（3）機房精密空調設備配置
托管服務器、網絡設備、電源設備采用前后通風的散熱結構，為了提高部署的靈活性，這部分設備采用常規的冷凍水型機房精密空調設備，活動地板下送風；冷卻方式如圖3所示。
圖3機房精密空調冷卻示意圖
3、氣流組織設計
選擇合理的氣流組織是本工程空調設計的難點。機房的氣流組織方式主要有上送下回和下送上回兩種方式：
（1）上送下回式
送風氣流通過機器和工作區帶走室內余熱，由機器下部回風。在每兩列機架間均設置送風道，開設送風口，在發熱量大的設備附近增大風量，增加風口設置。
（2）下送上回式
空調機把風送入作為靜壓箱的活動地板夾層，由地板下送入機柜直接冷卻，機柜出風直接經機房上部進入作為回風靜壓箱的吊頂內回至空調機。地板下的樓層面做保溫、防塵和防空調結露水處理。
4、其他安全保障措施
通過設置板式熱交換器換熱，提供高于機房室內露點溫度的冷凍水，保證水系統可靠安全運行。循環水泵采用變頻調節，在冷凍水系統回水總管設流量傳感器，各系統最不利環路安裝壓差傳感器，根據流量及壓差信號控制水泵運行臺數及運行頻率，保證水系統安全。所有空調水系統管道均設環路，以保證空調系統不間斷運行。
四、客戶價值
通過采取一系列的安全保障措施，使得該數據中心的空調系統能夠穩定可靠的運行，保障了數據中心的安全，滿足了客戶需求。同時實現了經濟節能的效果，具有良好的經濟和社會價值。
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