高层建筑数据中心机房空调设计

高层建筑数据中心机房空调设计

摘 要：随着现代信息化的高速发展，许多政府企事业单位都需要建设各自的数据中心机房，但此类数据中心机房往往大都在现有办公建筑内，这就对机房空调设计提出了一系列难题，如空调室外机摆放方案、机房冷负荷计算等。本文就此提出了一系列解决方案，以供类似工程设计参考。

关键词：数据中心机房空调；机房冷负荷；雾化系统；

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1、引言

随着现代信息化的高速发展，各个政府企事业单位都需要建设各自的数据中心机房，此类数据中心机房大都在现有办公建筑内改扩建，数据中心机房空调设计对建筑条件及环境要求往往都比较高，如建筑层高要求、空调室外机摆放位置等，但普通的高层办公建筑这些条件都很难满足要求，这就对机房空调设计提出了一系列难题，本文以实际案例形式，介绍此类项目的基本解决方案。

2、项目概况

本项目为宁波市某政府部门数据中心机房，政府部门为一幢28层高层建筑，数据中心机房位置建设在建筑的14层，15层为本高层建筑的消防避难层，14层为标准办公楼层，

需利用14层的办公空间建设成为数据中心机房，本机房主要技术参数按照B类机房标准建设。

数据中心机房包含主机房、UPS机房、屏蔽机房，主机房规划64台机柜，其中7台小型机机柜，57台服务器机柜，面积约为270平方米；UPS机房内设置有容量为400KVA的UPS主机及蓄电池，面积约为80平方米；屏蔽机房内规划6台服务器机柜，面积约为40平方米。

在本项目中需解决的难点主要有：1、机房空调室外机放置在本建筑的位置如何确定；2、空调室外机位置确定后，室外机的排布方案需确定；3、为了机房空调运行能耗尽可能降低，需要系列的解决方案。

3、机房空调类型选择及气流组织

3.1、机房空调类型选择

在此类项目中，机房建设于高层建筑内，空间、面积有限，故选择风冷式恒温恒湿精密空调。

3.2、气流组织

机房空调系统的气流组织形式，应根据机房内电子信息设备本身的冷却方式、设备布置方式、布置密度、设备散热量、室内风速、防尘、噪声等要求，并结合建筑条件综合确定。当电子信息设备对气流组织形式未提出要求时，机房气流组织形式、风口及送回风温差可按表1选用。

表1 机房气流组织形式、风口及送回风温差

按照《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008中指出，对机柜或机架高度大于1.8m、设备热密度大、设备发热量大或热负荷大的主机房，宜采用活动地板下送风、上回风的方式。本项目机房净高3.6 m，机柜高度为2 m，采用天花夹层静压回风，机柜采用冷热通道布局，即机柜面对面冷通道风口板送风，背对背为热通道天花格栅回风，有利于气流布局，如图1所示：

图1 气流组织示意图

4、机房冷负荷估算及空调选配方案

对机房来说，主要是设备散出的显热，室内工作人员散出的热负荷及夏季进入房间的新鲜空气的热湿负荷（约占总负荷的5%）。显热负荷，即机房的显冷负荷，在机房空调设计过程中，一般按照空调的显冷负荷为选配依据，故对机房的冷负荷只需进行显冷负荷估算即可进行精密空调容量的配置。

4.1、主机房冷负荷估算

主机房面积：270m²；

主机房冷负荷主要包括服务器设备冷负荷、照明冷负荷、建筑围护结构冷负荷、新风冷负荷、以及操作人员冷负荷：

服务器设备冷负荷估算：272.8KW=（64-7）*5KVA*0.8+7*8KVA*0.8； （功率因素

取值0.8、服务器机柜设备散热量取值5KVA/台、小型机机柜设备散热量取值8KVA）；

照明冷负荷估算：6.75KW=25 W/ m²*270 m²，(照明冷负荷单位面积取值25 W/m²)；

建筑围护结构冷负荷估算：13.5KW=50 W/ m²*270 m²，(建筑围护结构冷负荷单位面积取值50 W/m²)；

新风冷负荷：13.5KW=50 W/ m²*270 m²，(新风风量按照维持机房正压，新风冷负荷取值为单位面积50 W/m²)；

操作人员冷负荷：1.3KW=0.13KW/人*10人，以10人计算；

综上所述，主机房总的冷负荷为：

307.85KW=272.8KW+6.75KW+13.5KW+13.5KW+1.3KW。

4.2、UPS机房冷负荷估算

UPS机房面积：80 m²；

400KVA UPS主机满载热损耗按某品牌技术参数选取为21.5KW，即UPS主机满载工作时，主机的散热量；

UPS机房冷负荷为：37.5KW=21.5KW +80*25（照明）+80*50（围护结构）50*80(新风)+6KW(电池及配电)；（计算原理同主机房冷负荷估算）。

4.3、屏蔽机房冷负荷估算

屏蔽机房面积：40 m²；

屏蔽机房服务器设备冷负荷估算：24KW=6个机柜×4KW/个机柜；

屏蔽机房冷负荷为：27KW=24KW+40*25（照明）+40*50（围护结构）；（计算原理同主机房冷负荷估算）。

4.4、空调选配方案

以上各个机房的冷负荷进行估算后，根据各个品牌空调显制冷量的技术参数及风量，可以选取相应的机房空调的型号。主机房空调按照N+1方式进行配置，即满足主机房的冷负荷，再预留出1台的冗余制冷量。

空调机组可组网轮换运行，均衡每台机组运行时间，当某一台机组出现故障，备用机组自动启动，提高空调系统可靠性。

由于室内外空调机组分别安装在建筑的14、15层，在空调选配时，应注意空调机组的体积，如体积比较大，必须经过空调机的拆解，设备搬运到位后再进行组装。

5、空调室外机位置的确定

本项目空调系统需解决空调室外机的安装位置，由于机房位置在14层，处于建筑的中部，空调室外机如放置在建筑的楼顶平台，机房空调室外机距离室内机较远，空调室外机放置在楼顶平台方案不可行；15层正好为建筑的消防避难层，消防避难层对外均有通风

百叶窗，在不影响原消防逃生路线的前提下，在此位置可安装相应的空调室外机。

6、空调室外机设计方案

6.1、空调室外机气流组织

空调室外机安装在消防避难层，必须设计合理的进排风通道，即设计合理的室外机的进排风组织方案，如图2所示，将避难间的房间用铝塑板一隔为二，变为二个独立的区域，隔墙中间填充保温材料隔热。新风区域内的冷空气经过空调室外机进入排风区域，由排风区域的百叶窗将热空气排出。

图2 空调室外机平面布置图

6.2、空调室外机安装环境的改造

由于空调室外机工作环境潮湿，以及空调室外机维护时需要进行设备清洗，需要对避难层墙面、地面进行防水处理，并加装排水地漏；避难层原有灯具需更换为防水灯具。

6.3、提高空调系统稳定性措施

6.3.1、安装风力百页

为了优化新排风区域气流组织，在新风区域进风口加装进风导流百页，方向向下60度，在排风区域送风口，加装送风导流百页，方向向上60度。为了防止群体风机中有少量的空调室外机未工作而引起气流倒回到新风区域，所有的空调主机出风口均加装风力百页(注：室外机风机不运转，百页自动关闭)。

6.3.2、安装雾化系统

因建筑东西二个立面受季风的影响，有时会出现排风区域送风压力小于大楼受风面风压的情况，而引起排风不畅，导致房间温升过快、进而引起室外机设备故障，为了解决这一问题，可在进风区域加装由现场温度控制的雾化系统，适时对进风温度进行降温。在进风区域设置温度传感器，当进风区域温度达到设定温度时，则自动运行雾化系统，将已经过滤净化的水送至雾化喷头；雾化系统内的高压泵能提供压力高达70 bar的高压水，将过滤净化的水由高压泵加压并经管道输送至雾化喷头后可形成直径小于5-15微米的细小颗粒，由于采用雾化蒸发冷却能有效降低进入室外空调机的空气温度，从而带走冷凝器热量，降低冷凝器压力，有效减少空调耗能、降低空调系统故障率。如图3所示：

图3 空调室外机雾化系统示意图

6.3.3、安装强排风风机

为了提高排风区域排风效率，可在排风区域百叶窗处加装强排风风机。

7、结束语

在数据中心机房的建设中，空调设计的合理性对于机房内设备的正常运行起着至关重要的作用，在建筑条件比较苛刻，原本不适合空调安装的环境下，就需要设计人员充分利用建筑的各种条件，利用一些辅助设备、设备合理布排达到数据中心机房空调的设计要求。

参考文献

（1）《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008