机房恒温恒湿空调采用高效率热交换系统设计

机房恒温恒湿空调采用高效率热交换系统设计

物理环境恒温恒湿空调区维护结构必须保温密闭。尤其是送风静压室,漏风量超过5%,大于新风补充量,热交换系统不仅仅是风量流失、静压减小,机房还将形成负压。机房一旦是负压,又造成冷却系统(制冷效率低),高温高湿气体进入机房,机房温湿度场波动大,热交换效率更低。

机柜布局机 精密机房恒温恒湿空调柜冷热通道式布局,高密度设备分散布局,避免机房、机柜存在热区。

超高密度机柜(>16kW)分散布局机房空间不仅扩容方便,还应便于安装区域化恒温恒湿空调。

通过数据中心冷却系统热交换的分析,我们重视IT微环境能够获得高效率热交换,是未来数据中心IT热交换系统不仅是重视的问题,而且无论是机柜、机房恒温恒湿空调的配置还能着手解决高效率的热交换问题是本文论述的重点。

机房恒温恒湿空调机布局

机房恒温恒湿空调机安放位置不合理,也是最常见的问题。由于恒温恒湿空调机输出气流与机柜垂直,还造成恒温恒湿空调正向气流与侧向对撞等,致使输出气流动压阻力增加、射流动压损耗加大,同时气流在静压室内形成涡流,从而气流流速受阻,最终导致机柜热交换风量不足。

数据中心面积≥500m2,恒温恒湿空调机输出气流(>15m),由于恒温恒湿空调数量4~6台,对于这样的数据中心机房恒温恒湿空调安装,它是现代数据中心冷、热通道式布局,克服图1a中恒温恒湿空调输出气流遇阻和地板下气流乱流的问题。冷热通道,地板下冷风气流进入冷通道(机柜面对面布局),冷风气流从机柜前部直接进入机柜,机柜后部热风进入机柜背靠背的热通道,由热通道直接回到恒温恒湿空调机的回风口。冷热通道由于冷、热气流路径捷径、系统运行气流阻减小,同时避免了冷、热气流混流。所以,冷热通道热交换不仅布局合理,而且冷却系统显热交换效率高达95%。

安装方式有人提出地板下气流会造成不对称的问题,笔者认为地板下对吹气流平衡是相对的,一侧两台工作、另一侧一台或两台工作都可以,所以,地板下气流运行不存在对称不对称问题。因为,地板下静压室空间是等压的问题,只要输出气流不产生近距离相对摩擦碰撞(如正向与侧向气流顶撞如图2a所示)。所以,恒温恒湿空调机两侧安装数量对称是相对的,系统冷量匹配、机组故障等运行状态不对称是绝对的,不影响静压室气流运行流量受阻的问题;

机房恒温恒湿空调机 精密机房恒温恒湿空调冷量配置

数据中心运行存在热区,认为是系统冷量不足问题,所以,选配恒温恒湿空调机时往往只重视冷量问题,希望单体恒温恒湿空调冷量偏大(60~70kW)。对于数据中心热交换存在热区,而造成热区不仅仅是冷却容量问题,是热交换系统存在着潜在的阻力问题(静压室空间偏小,如地板基本高度<350mm,线缆槽架偏高>150mm,静压室漏风>10%等),顶部回风空间气流受阻(顶棚距主梁下距离<200mm,线缆、消防管道布局杂乱不规则等),所以,机房出现热区是恒温恒湿空调系统运行气流受阻问题造成的。

中小型(500m2)以下数据中心,不宜选择单台大容量的制冷系统。假设一个中小型数据中心系统总热量180kW,我们对选择50kW四用一备、还是选择70kW三用一备的系统运行情况比较一下:精密恒温恒湿空调机,制冷量是动态按需求投入运行 精密机房恒温恒湿空调的,而风量是高可靠离心风机大风量基本是满负荷投入运行的,风机不工作,精密恒温恒湿空调将停止运行。对于系统制冷量(属于中小型数据中心),压缩机运行数量匹配问题会造成压缩机频繁启动,同时风机运行数量是三台,比中容量压缩机少一组风机运行所以,选择中容量压缩机(50kW双压缩机、双风机),热交换系统风量冗余运行占有优势:热交换系统可获得充足的风量进行高效率显热交换,不仅系统温、湿度场运行稳定,而且制冷效率高达95%,节省电能显著。相反,对系统靠冷却风量带走热量的热交换系统,尤其是显热交换效率将<90%。所以,精密恒温恒湿空调热交换系统风量是主体,制冷量是动态的附体,在一定的热负荷下,冷风气流流向、流速、流量(克服系统阻力)是解决热交换系统存在热区的基本要求。现代精密恒温恒湿空调系统比传统精密恒温恒湿空调机风机交流调频、直流调压,可获得风量、风压无级调整,尤其是高余压占有热交换系统气流运行克服系统阻力的优势,是中小型数据中心适宜选用的精密的高可用性品牌。

数据中心热交换系统冷源(制冷系统)和热源(IT发热系统)总称都是冷却系统。通过对机房环境、机柜等存在热区来看,目前数据中心冷却系统基本还是采用传统精密恒温恒湿空调等冷却系统。精密恒温恒湿空调(大风量、小焓差)已在计算机房热交 精密机房恒温恒湿空调换系统运行了近40年。如今计算机房已进入数据处理、传输网络化的机房,机柜式服务器向超高密度发展,超级小型机等也都进入机柜,因此,机房热交换系统不在是单一的、传统的下进风热交换系统。热交换气流由下进、机柜前进、侧进等多种运行方式,由于服务器是垂直叠加式安装,要求机柜上、中、下温度场均匀、稳定,才能使机柜获得水平层流式的进行热交换。

由于IT设备结构、热交换路径变了,而传统的精密恒温恒湿空调运行结构基本没有变。所以,传统数据中心冷却热交换系统不仅热交换效率低于88%,系统运行耗能大还难于解决系统存在的环境热区、机柜热死区。至今,对于机房存在热区还是给人的假象是制冷系统容量不足,从而在增加冷源上做文章。实践证明,一些数据中心增加了恒温恒湿空调的配置,然而,系统的热区并没有得到很好的解决。

数据中心热 精密机房恒温恒湿空调交换系统不仅仅是冷源问题,冷源是基本的配置,而对恒温恒湿空调机气流运行的配置往往重视不够。因为,热交换的核心是冷风气流的流量问题,也就是说,冷却系统冷量充足,不等于IT微环境能够获得高效率的热交换。尤其是高热机柜显热不能得到很好的热交换,而造成系统环境热区、机柜热死区,它是传统机房普遍存在的问题,也是笔者走访数据中心常见到的问题。

风冷式直接膨胀机组从房间吸取热量通过冷凝器传递到室外空气中。机组安装完毕后,室内机组于室外冷凝器构成闭合回路。安装方便快捷,适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所。

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