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大型数据机房空调系统设计

数据机房室内环境要求：

《数据处理环境热工指南》（美国供热制冷空调工程师学会

ASHRAE出版的系列丛书之一）中列出了数据中心相应分级（1～4级）

所对应的环境要求。我国规范按照使用性质、管理要求及重要数据丢

失或网络中断造成的损失或影响程度，将数据机房分为Ａ，Ｂ，Ｃ三

级，对各级机房提出了相应的环境要求。一般大型数据机房多为Ａ级

（极重要）和Ｂ级（重要），下文以Ａ级和Ｂ级为例说明。

根据相关规范和标准的要求，Ａ级和Ｂ级数据机房的温湿度参数

见表１。

数据机房内计算机设备及机架多采用冷热通道的安装方式，即机

柜采用面对面的形式一列一列摆放，在两列机柜的正面面对通道中间

的架空地板上设置空调送风口，在这两列机柜之间形成一个冷空气区，

称为冷通道。冷空气流经设备后形成的热空气排到两排机柜背面中的

热通道中。采用冷热通道布置的方式，能使整个机房冷空气和热空气

不混合，气流流动通畅。通过冷热通道这种气流组织方式，提高了制

冷效率。但由于采用冷热通道设计，与规范要求的数据机房空间的温

湿度参数有所不同。空调温湿度宜按表２设计，更适合现阶段的数据

机房。

机房内空调负荷概况：

数据机房空调负荷包括：设备负荷，新风负荷，围护结构的传热

负荷，人体、灯光负荷，湿负荷。

数据机房负荷的显著特点是来自数据处理设备的内热显冷负荷很

大及湿负荷非常小。数据机房内的主要空调负荷是设备负荷，数据设

备热量高度集中、分布不均匀，且数据设备可以根据机架随时变换。

数据机房空调系统具有以下特点：送风量大，全年供冷运行，设备冷

负荷密度高，新风负荷小，显热负荷大等。

数据机房的数据工艺布置直到使用时才能确定下来，这就给空调

负荷计算带来困难。项目设计时，设计人员应根据配电情况、信息设

备工艺布置状况及数据通信设备制造商提供的设备实际散热量计算空

调负荷。

机房空调系统：

根据现有空调设备和数据机房使用情况，数据中心有以下３种基

本空调系统：风冷直接膨胀式机房空调系统、水冷直接蒸发式机房空

调系统、冷水型机房空调系统。

1）风冷直接膨胀式机房空调系统

该系统应用非常广泛，易分散设置，随着数据设备的增加，能够

容易做到空调设备也随之增加，适应性强；当任意一台空调出现故障

时损失极小，安全性很高，运行维护费用低。但是空调数量多时，连

接管路繁杂；室外机安装需较大空间，若没有足够大的安装空间，室

外机散热受影响，空调效率下降，甚至无法正常工作；空调机组效率

较低；室外机噪声不好控制；空调系统供电出现问题时，不能实现供

冷延时，不利于对数据设备的保护。

根据国内现阶段使用情况，使用风冷直接膨胀式机房空调系统的

数据机房都是2008年以前建设的或规模较小的数据机房。中国银行信

息中心、华夏银行等都采用了该系统。

2）水冷直接蒸发式机房空调系统

该系统是在风冷直接膨胀式机房空调系统基础上将风冷改为水冷，

具有前一种系统的所有优点，同时克服了一些缺点。风冷改为水冷后，

空调系统配管距离、高低差不受限制，克服了风冷系统室内外机高差

受限制的缺点，空调机组的散热效果较好。但同时冷却水系统存在单

点故障，为了保证系统的安全性，冷却塔和水泵需要备份；空调冷却

水系统采用复线或环状管网，以提高水系统的可靠性。该系统现阶段

多使用在数据机房较分散又没有风冷室外机设置位置的建筑，如写字

楼内各层的服

务器数据机房，也用在一般建筑改作数据机房的场

所。德外印钞造币总公司数据机房采用了该系统。

3）冷水型机房空调系统

该系统由冷水机组、冷却塔、冷水泵、冷却水泵、机房空调末端

及空调水系统组成。相比前两种复杂很多，但是该系统不仅具有水冷

直接蒸发冷却系统具有的优点，还可以在空调系统供电出现问题时，

通过设置蓄冷装置实现供冷延时，对制冷系统的安全性有实质性的提

高。此空调系统中如果某个设备存在故障，整个系统就出现问题；为

了保证系统安全性，空调主要设备—冷却塔、冷水机组和水泵需要备

份；空调水系统采用复线或环状管网，以提高水系统的可靠性。

该系统适用于大型新建数据机房，冷水机组的COP值较高。１台

投入使用的冷水机组只有很短的时间工作在满负荷状态，大部分时间

都运行在50％～75％负荷状态；冷水机组部分负荷时