高效可靠的机房专用空调设备

精密空调是数据中心暖通系统的末端设备,精密空调的不间断运行及时带走服务器产生的热量,维持机房恒温恒湿的状态。

精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制,精密空调系统具有高可靠性,保证系统终年连续运行,并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性,可以保证数据机房四季空调正常运行。

1.精密空调的特点

数据中心机房对温度、湿度及洁净度等均有较严格的要求,因此,数据中心机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别,表现在以下4个方面。

(1)舒适性空调风量小、风速低,只能在送风方向局部气流循环,不能在机房形成整体的气流循环,机房冷却不均匀,使得机房内存在区域温差,送风方向区域温度低,其他区域温度高,发热设备因摆放位置不同而产生局部热量积累,导致设备过热损坏。而机房专用空调送风量大,机房换气次数高(通常在30～60次/小时),整个机房内能形成整体的气流循环,使机房内的所有设备均能平均得到冷却。

(2)传统的舒适性空调,由于送风量小,换气次数少,机房内空气不保证有足够高的流速将尘埃带回到过滤器上,而在机房设备内部产生沉积,对设备本身产生不良影响。且一般舒适性空调机组的过滤性能较差,不能满足计算机的净化要求。采用机房专用空调送风量大,空气循环好,同时因具有专用的空气过滤器,能及时高效的滤掉空气中的尘埃,保持机房的洁净度。

(3)因大多数机房内的电子设备均是连续运行的,工作时间长,因此要求机房专用空调在设计上可大负荷常年连续运转,并要保持极高的可靠性。舒适性空调较难满足要求,尤其是在冬季,数据机房因其密封性好而发热设备又多,仍需空调机组正常制冷工作,此时,一般舒适性空调由于室外冷凝压力过低已很难正常工作,而机房专用空调控制系统功能相比舒适性空调更为完善,仍能正常保证制冷循环工作。

(4)机房专用空调一般还配备了专用加湿系统,高效率的除湿系统及电加热补偿系统,通过微处理器,根据各传感器返馈回来的数据能够精确的控制机房内的温度和湿度,而舒适性空调一般不配备加湿系统,只能控制温度且精度较低,湿度则较难控制,不能满足机房设备的需要。

综上所述,机房专用空调与舒适型空调在产品设计方面存在显著差别,两者为不同的目的而设计,无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。

2.精密空调的优势

精确控制温湿度、风量大、7×24制冷、高可靠性、节能、强大的控制及监控管理功能。

精密空调风量计算:

Q=F×S

式中:S 为精密空调出风或者进风面积,单位为m2,出风口一般为长方形;

F 为出风风速,单位为m/s,一般需要多点测量,综合分析。

3.精密空调的常见形式

目前,数据中心常见的精密空调(机房专用空调)主要有水冷空调、风冷空调及双冷源空调三种形式。

(1)水冷空调,是通过循环的冷冻水为介质的空调系统。其末端主要由风机、冷冻水盘管、电动阀门组成,结构相对简单,故障率相对较低。目前,应用较为广泛的主要有封闭冷通道、地板下送风的房间级水冷空调和封闭冷、热通道的行级水冷空调两种形式。

优点:制冷循环均在机房空调内,密封测试,高可靠性;末端空调部件少,故障率低。

缺点:配套设备冷机、冷却塔、泵、管道系统初始投资高,维护工作量大;需要定期对水有清洁和处理的要求,维护成本高。

(2)风冷空调主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀四大部件组成。其特点是压缩机制冷,带制冷剂,风冷室外机安装在室外或楼顶,室外机一般不高于室内机20m、不低于室内机5m,室内外管路长度一般小于60m。传统的风冷空调由于COP(制冷能效比)和故障率相比水冷空调要高一些,故较少应用于IT设备机房中,但在电力机房中因考虑安全隐患(水患),设计人员通常会优先考虑配置风冷空调。

优点:系统简单、总体成本低、维护方便。(www.xing528.com)

缺点:冷媒管路需现场安装铺设且对安装距离有一定限制,多台室内空调机组不可共用一台冷凝器。

(3)双冷源空调,通常是指水冷空调和风冷空调的结合,一路风冷、压缩机制冷,一路冷冻水提供冷源,两路冷源互为备份、冗余,提高了机房空调系统运行的安全性。

优点:两套完全独立的制冷系统,提供更高的可靠性。

缺点:机房空调零部件较多,成本高;两套散热系统,安装、维护及占地较其他制冷方式均没有优势。

4.送回风方式

下送上回方式是大中型数据中心机房常用的方式,空调机组送出的低温空气迅速冷却设备(或者送入冷通道),通过服务器自身散热风机运作,低温空气变为高温空气,带走服务器工作产生的热量,进入到热通道,此时由精密空调风机作为动力源循环气流,热空气运输到精密空调再次制冷,保证气流组织的循环。

除此之外,空调的送风方式还有侧送侧回、上送侧回、上送下回等等,详细介绍见后续章节。

5.运维经验分享

(1)精密空调除湿功能

数据中心保持恒湿状态,就需要控制适度的范围。当湿度过低时启用加湿装置,有些机房精密空调自带加湿功能,有些机房设置机房专用湿膜加湿器(此部分内容后续详细讲解)。当机房湿度过高时,就需要进行机房除湿的工作,但是目前机房除湿很少设置专业设备,自带除湿功能的精密空调在除湿的工况下亦需考虑整个水系统的运行状况,这就需要在已有的条件下尽量去降低湿度。一般来说除湿有两种方法,一种是利用空调自带除湿功能除湿,除湿功能启动,精密空调控制水阀全开(开位100%),风机转速降低,使低速高湿的空气通过空调的低温翅片盘管,形成冷凝水排走,从而达到除湿的目的。但是这种除湿方法要求空调冷冻水供水温度要低,负责温度越高除湿效果越差。而且精密空调除湿管理也要综合考虑,防止精密空调大规模除湿,风机转速降低,无法满足机房冷量需求。

(2)精密空调排气

精密空调内部铜管翅片有气阻,会导致精密空调制冷能力下降,导致该空调出风温度升高,此时需要进行排气工作。

(3)精密空调运行管理

数据中心正式投入使用后,需要进行相应的设备运行管理工作,精密空调方面需要根据机房热负荷增减相应数量。一般来说,要以加电工单为准,统计加电机柜数,根据每个机柜设计最大热负荷计算机房总负荷,比对已开启空调相对制冷量进行管理。另外,精密空调开启的位置也需要根据实际情况综合考虑。

6.附图(图3-10、图3-11、图3-12)

图3-10　双冷源精密空调简易图

图3-11　精密空调下送上回方式示意图

图3-12　送回风中的冷热通道