绿色数据中心的空调选择 - 图文

第四章 绿色高等级数据中心的空调选择

和节能方案概述

4.1大型高等级(T3以上)数据中心如何选择空调方案

4.1.1 最新节能应用概述

1.数据中心能耗现状

云计算时代的数据中心，一方面要求数据中心保持高可用性特点，能高效地、安全地运营；另一方面，用户会尽可能要求数据中心降低能源消耗和运行成本；而且数据中心必须具备灵活的扩展能力，以应对多变的业务需求及未来的不确定因素。

欧洲尤其注重提高数据中心能源利用效率，优化IDC功耗利用效率(PUE)，热电冷联供、冰柜供冷、机柜供冷、自然冷却、热回收技术、磁悬浮变频离心等技术的较早采用，使欧洲数据中心成为最有可能最先达到优化PUE=L.2的理想境界的数据中心。如图4-1所示。

图4-1欧洲数据中心能效利用效率

下面我们就欧洲的一些冷源方面的节能技术应用做一个简单的介绍。 2.具有自然冷却的冷水机组

数据中心通常都需要常年不间断供冷，常规的制冷系统，室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组运行也需要照常运行。当室外温度较低时，我们完全可以利用冷空气直接冷却循环冷冻水，从而在冬季减少或完全不需要开启压缩机制冷即可为空调室内机

提供冷量，这种方法即为自然冷却方法(Free cooling)，有此功能的机组叫自然冷却机组。它与常规冷水机组最大的区别在于它帯有独特的凤冷自然冷却换热器，其运行优先利用天然环境的低温空气冷却循环冷冻水，可以实现无压缩机运行制冷，雅若节省压缩机的电耗。这种机组在夏季与常规空调一样，仍旧采用压缩机制冷。但是在过渡季和冬季，却能较少地消耗电能达到常规空调同样的制冷效果。在过渡季，当环境温度达到比冷冻水回水温度低两度或以上时，开启Free cooling自然冷却，利用冷空气的冷量预冷冷冻水，无需压缩机功耗；自然冷却不足部分，再由常规压缩制冷接力，从而减少了系统功耗，见图4-2。在冬季，完全靠FREE COOLING自然冷却冷却冷冻水，不需压缩机开启，只需少量风扇电耗，能效比高达20 以上，见图4-3。这样综合下来，通过自然冷却技术，在过渡季和冬季减少了压缩机工作时间和强度，有效降低了制冷功耗。跟常规的冷水机组相比，以北京纬度地区为例，常年节电达到3%～38%。

3.热回收技术利用

对于大型的数据中心，数据中心机房常年需要不间断的冷源，需要冷水机组高效制冷完成。而与数据中心配套的周边办公、运维和宿舍在冬季却同时需要大量的热量来解决供暖问题。热回收技术，如图4-4所示。

图4-4热回收技术

在常规的设计中，供暖需要锅炉或者热泵解决，这同样需要消耗大量的能源。新的热回收技术，免费利用制冷机组在制冷时候向环境中排放的冷凝热来加热供暖系统，从而不需要锅炉或热泵系统。在冬季需要供暖时候，系统回收冷凝热来实现，多余的冷凝热，仍旧排放到环境中去。由于实现制冷机组的冷热联供，综合能效比达到9～10，这是其魅任何冷机效事所无法比拟的。

采用这种热回收技术，一个数据中心的上万平方米的办公、运维和宿舍都可以实现免费供暖。热回收工作原理图如图4-5所示。

图4-5热回收工作原理图

4.高效磁悬浮变频离心冷水机组

磁悬浮离心压缩机代表冷当今最先进的压缩机技术趋势。

变频驱动的高效磁悬浮无油离心式压缩机。采用磁悬浮轴承技术，高性能脉宽调制(PWM) 永磁同步电机，其转速随负荷变化而自动调节，确保机组在各工况下始终处于最佳运行状态，使机组在满负荷及部分负荷时均能高效运行。冷热联供典型系统图如4-6所示。高效磁悬浮无油离心式压缩机如图4-7所示。

无油润滑磁悬浮轴承，无任何接触摩擦，无需润滑油系统，显薯增加机组可靠性，保养简单方便，无换热器油膜热阻，可提高燕发、冷凝换热效率达15M左右，提升离心机组运行效率。内置变频器，使压缩机在部分负荷下实现变速运行，电机转速和进口导叶优化控制，从而实现部分负荷时高效运行，减低运行费用i全新的软启动功能，降低机组启动电流至2安倍，减少对电网冲击。

机组具有当今最高的部分负荷效率，ESEER高达9.58，IPLV值达到10，无论在满负荷下，还是在部分负荷下，机组都有非常高的能效系数，从能实现系统节能。机组部分负荷时运行状态如图4-8所示。

图4-8机组部分负荷时运行状态

4.1.2 数据中心不同对空调选择和设计的影响

按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。

我国在2008年制定的鬣电子信息系统机房设计规范分GB50174-2008，从机房可用性角度将电子信息机房定义为A，B，C三类，其中A类要求最高。见表4-1。

美国TIA 942标准与Uptime Institute的定义，将数据中心的可用性等级分为四级。见表4-2。

从表4-3可以看出，两个标准对于机房的可用性定义基本一致。数据中心空调系统的要求和配置也与机房的可用性等级直接相关。

在国内对数据中心环境要求最权成的标准为GB50174-20084电子信息系统机房设计规范》。标准规定了电子信息机房在不同区域的温湿度要求，主机房和辅助区采用标准规定的温湿度要求，基本的环境设计可按照标准附录A中的环境要求，参见表4-4摘录部分。而数据中心的支持区(不含UPS室)和行政管理区的温、湿度控制值应按现行国际标准GB500194采暖通风与空气调节设计规范势的相关规定。标准对不同等级的机房以及不同性质的机房的环境要求进行了划分。

表4-4不同机房等级的环境要求

标准《电子信息系统机房设计规范》还对机房的洁净度有要求：主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.50m的尘粒数，应小于18000粒。 美国的ASHRAE(美国暖通制冷空调工程师协会)发布的《ASHRAE

Environmental Guidelines for Datacom Equipment 2011》也对数据中心的环境进行了详细的规定和解释。ASHRAE在2011版本中推荐的温度范围为18～27℃，相比2004版本的20～25℃要求放宽了很多。放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候，可以减少机房制冷、加

热、加湿、除湿的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高PUE，并明确了温湿度要求为电子信息设备的进风口参数。见表4-5。

表4-5ASHRAE对数据中心环境要求的变化

在实际的机房运行过程中，机房环境的控制要求可以根据实际要求参考以上标准以及季节等因素进行区别设定，以达到降低机房能耗的要求。在特殊情况需要根据数据设备供应商的要求而定。

4.1.3 数据中心的功能分区和冷量计算

通常数据中心作为一幢建筑单体(如：IDC或大型企业数据中心)或某一建筑中的一部分(为多数，占公共建筑物中的一个局部区域)的形式构建。一个数据中心通常主要包括：主机房、辅助机房、支持机房和行政管理区等。各机房面积的选取应可参考GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的4.2中的规定。

主机房主要用干电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。

辅助区为用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。

支持区是支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。 行政管理区是用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盟洗室、更衣间和用户工作室等。

在数据中心中，主机房一般安排在中间位置，并且尽量使主机房设计为规则的四方形。应尽量避免采用圆形、L型以及过于狭长的长方形等布局，此类数据中心不利于机房内的设备布置以及气流组织分配。 4.1.4设计参数需求确定

在某一时刻为保持房间具有稳定的温度、湿度，需要向房间空气中供应的冷量称为冷负荷。相反，为补偿房间失热量而需向房间供应的热量为热负荷。为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。

数据中心的冷负荷可按照GB50174-20084电子信息系统机房设计规范分7.2进行设计。根据7.2.2规定，机房空调系统夏季的冷负荷应包括下列内容：

①机房内设备的散热； ②建筑围护结构的传热； ③通过外窗进入的太阳辐射热； ④人体散热； ⑤照明装置散热； ⑥新风负荷；

⑥伴随各种散湿过程产生的潜热。

其中电子信息设备和其他设备的散热量应按产品的技术数据进行计算。 根据7.2.3规定，空调系统湿负荷应包括人体散湿和新风负荷。 1.设备散热冷负荷

机房内设备散热形成的冷负荷占到总冷负荷的主要部分，机房内设备主要包括服务器、路由器、网络设备等电子信息设备，供配电设备，均属于稳定散热。大多数设备生产厂商均能提供计算机设备的电功率及散热量，设备电功率基本全部转换为散热量，一般在97%以上。

已知设备电功率，则为

Qs=X1X2N

式中： Qs——电子设备冷负荷，KW；

X1——负荷系数，一般取值0.7～1.0计算； X2——同时使用系数，一般取值为0.8～1.0； N——电子设备电功率，kW。

每台服务器在出厂时均附有一个标称额定功率，它标明了该服务器的最大使用功率，但这并不代表实际使用功率，例如曾有标称功率70OW的服务器，实测正常运行时的功耗才为300W为了了解服务器实际使用功率，往往需要利用厂商提供的功率计算器计算设备在当前配置时的功率需求。例如有服务器厂家提供在线功率计算，在输入了服务器所配置的处理器的顿率、处理器数量、内存忙容量规模与数量、PCI卡数量、硬盘容量规模与数量之后，能够自动计算出该服务器有关功耗与发热量的参考值。

如果不知道设备的电功率，可以通过机房分期规划的设备功耗来估算设备的散热冷负荷。UPS设备本身也有发热量，一般大容量的UPS布置在一个独立的房间，它对室内环境的

温湿度及洁净度也有一定的要求，UPS设备一般有风扇等散热装置。它的发热与其实陈功率和功率因数有关，可参照厂商提供的数据。如没有给定数值时，可按下式计算为：

Q= N(1-η)

式中： Q——散热量，kw;

N——实耗功率(和安装功率并不同)，Kw; η——效率，一段取0.85-0.95。

2.设备散热冷负荷围护结构的得热量及其形成的冷负荷

围护结构形成的冷负荷主要包括两方面：外围护结构(外墙、屋顶、架空楼板)的传热冷负荷和内维护结构(内墙、内窗、楼板)的传热冷负荷。

3.设备散热冷负荷通过外窗进入的太阳辐射热及其传热形成的冷负荷

通过外窗进入室内的得热量有温差传热和日照辐射两部分。传热得热形成冷负荷由室内外温差引起。日照辐射得热形成的冷负荷，因太阳辐射到窗户上时，除了一部分辐射量反射回大气之外，其中一部分能量透过玻璃以短波辐射的形式直接进入室内另一部分被玻璃吸收，提高了玻璃温度，然后再以对流和长波辐射的方式向室内外散热。

4.设备散热冷负荷人体散热形成的冷负荷

人体散热与性别、年龄、劳动强度、衣着及进入房间的时间有关，包括显热冷负荷和潜热冷负荷。机房内人员较少或无人值守，常常可以忽略。

5.设备散热冷负荷照明散热形成的冷负荷

照明设备的散热也分为对流和辐射部分，其中对流部分形成瞬时冷负荷，辐射部分先由室内表面物体吸收，再通过对流的方式形成冷负荷。

6.设备散热冷负荷新风形成的冷负荷

机房内要保证正压，需要不断向机房内补充新风，新风全冷负荷中分别包括显热和潜热形成的冷负荷。新风冷负荷最好设计专门的新风处理机组来处理。

以上各部分冷负荷中，2～6项形成的热湿负荷占的比重比较小，约为5%～20%，部分设备发热量小的机房可能占到30yo。大部分冷负荷为机房内设备的发热造成的显热冷负荷。2～6项冷负荷具体的算法可以参考空气调节相关的规范和设计手册，或者计算软件，有比较成熟的计算方法。

4.2机房空调节能考量

1.设备散热冷负荷机房专用空调设备选型

在对自控新风冷气机设备进行选型过程中，机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据，因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据，然后再对选定的新风设备型号进行其他次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算，可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定。

2.设备散热冷负荷空调系统设计

一般空调系统设计时，系依“最大负荷再加上20%～50%预留负载量”而设计；实际运行时，空调系统均并未达满负载状态，系统存有大的冗余，因此空调系统需要将不必要的冗余空调负载减供；将无效使用的进行无效能减供；

有效使用大自然新风供冷的制冷能力。 3.机房空调的和谐制冷设置(13种手段)

1)为了最大限度的提高容量和优化效率，设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。（工程控机房的温度要求保持在15～25℃以内工程控交换机房的温度设定为20℃，精度为1℃。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下，没有根据环境温度及设备特点作出相应的调整，室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费，也是对技术优势的浪费)。

2)适当设定回风温度值。

节能理论依据是，当程控机房需要降温时，空调工作在制冷状态，此时若将回风温度值设高些(在满足机房温度要求的条件下)，会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理，当程控机房需要升温时，空调工作在加热状态，此时若将回风温度值设低些，会使加热器运行时闻编短起到节能作用。

3)改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式。

4)通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季)。

5)加强机房密封性能，夏季合理利用机房窗帘调温(经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力)。

6)在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备。

根据设备规格：一般每80平方米空间配置一台加湿机和除湿机，技术规格为加湿机5～9 千克/小时、除湿机3-5千克/小时。在机房相对湿度低于20%时开启加湿机，相对湿度高于80%时开启除湿机。

如果机房使用单独加湿器，切勿使机房湿度值高于需求，这会导致多个制冷设备相抵触运行如果两个制冷系统回流气体温度不一致，或两个设备的湿度传感器校准不一致，或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度，另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源，而且机房管理员也不容易发现。

制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决: ①使用中央湿度控制； ②协调制冷设备之间的湿度值； ③关闭制冷系统中一个或多个加湿器； ④使用浮动数值设定。

确认系统设定值是否相同，校准是否相同，并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下，将浮动数值范国设定为±5℃，便可以纠正这一问题。

7)机房空调联机控制。

①采取空调联机控制运行的理论依据。

对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时，由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗，现象是部分空调处于加热状态，而部分空调则处于降温状态；或者是部分空调处于加湿状态，而部分空调则处于除湿状态，其主要原因如下：

a)空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害； b)空调设备温湿度设置的差异或异常；

C)空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异。

往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉，这样所帯来的电能损失是相当巨大的。以某机房所作的统计分析，从11月至2月的机房电费支出中每月近三分之一的电费是由于多台空调处于独立工作而内耗掉了。

②空调内部损耗分析。

假设空调Ⅰ对室内温度检测正常，而空调虹检测有1℃的偏差，两台空调设置温度为20℃，稳定状态范围在18℃～22℃，当温湿度传感器探头检测到室温高于22℃时，压缩机将启动降温，低于18℃时，加热机构则启动升温。

a)O-tl段：空调Ⅰ和空调Ⅱ处于稳定状态，空调Ⅰ检测的室温为20℃，空调Ⅱ由于偏差1℃检测值在21℃，此时两空调既不加湿，也不降温。

b)tl-t2段：由于机房温度的升高(或是外界环境变化，或是通信设备运行造成的升温) 空调Ⅰ和空调Ⅱ检测温度均在升高。

c)t2-t3段；由于空调Ⅱ的传感器检测的温度已超过22℃(其实有1℃的偏差)，故空调Ⅱ压缩机启动，开始降温。空调Ⅰ也随之温度下降。

d)t3-t4段；随着空调Ⅱ的不断降温(此时已经存在传感器偏差引起的不必要的降温了)，在空调Ⅱ达到20℃时并没有停止降温，因为空调内部设置有延时功能，仍要持续一段

时间来降温，在t3时刻，空调Ⅰ的检测温度已低于18℃的临界值，故空调Ⅰ开始升温，此时间段是空调Ⅰ升温，空调Ⅱ降温，处于相互作用冲抵阶段，此时便产生严重且不必要的内部损耗。

③联机控制方案，见图4-9。

a)选取机房中某一台空调作为主控空调(空调Ⅰ)

b)通过主控空调来设置联机信息，包括联机数量、其他空调依次与其控制器连接。各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间。

C)通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调，实现一致性的升降温和加除湿状态。

d)通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行，同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作，部分空调从不工作的弊端。

(8)采用计算机自动控制技术，随时根据外界因素的变化，通过对空调运行状态的判断，自动调节室内温/湿度值，使压缩机或加热工作时间减少，达到节能目的。

图4-9空调监控图

(9)采用水冷作为冷媒的空调或采用制冷背板液冷系统的制冷原理是，把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。

形象地理解，液冷设备与精密空调的区别，就僚冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说，液冷系统将每个机柜包装成为一个“冰箱”，而精密空调则把整个机房制冷为一个“冷库”，其能耗的差别不言而喻。使用液冷系统节能的效果不仅仅在于制冷方面。“液冷系统有一个与众不同的系统，叫‘Free cooling’(自然冷却系统)。液冷系统的进水口温度需要

低于15摄氏度，而当环境温度低于15摄氏度，就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体，仅仅用自然冷量制冷即可。

以上海为例，每年至少有三个月的环境温度低于15摄氏度，也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”，总体而言，相对于传统制冷设备节能30%。

10)针对设备比较少的机房，通过人为的控制，增加巡视次数，根据现场实际情况，灵活掌握开机数量以及开机时间。

11)对机房加以改造，增加机房通风换气能力。 12)适当增加机房内设备隔断，提高机房空调利用率。

13)整改机房空调送风风道，使温度条件要求高的设备充分得到空调送凤，以此提高空调使用效率。

表4-6机房运行环境温湿度要求参考表

从表4-6中可以得知：机房专用空调和办公室空调用电量占机房总用电量的40%左右，有效的降低空调的耗电量是降低运维成本的关键。

4.各地季节性温度变化情况

表4-7列举了全国各城区季度平均温度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需温度进行调整。

表4-8各专业主要设备温度条件要求(七)

表4-8中所列举温度是该设备正常工作所需要的环境温度条件从表中可以得知，除蓄电池需要严格的温度范国(20～25℃)外，其他设备工作温度可以在15～30℃之间；

从地区温度与设备工作温度范围比较可以得知：

1)除去设备本身发热，外界环境一年中大多数时间基本可以满足设备工作环境要求 2)由于设备本身发热和设备工作设计温度在常温(25℃)，通讯机房均装备专用空调设备来保障机房温度稳定在常温下。

3)在春季和秋季室外温度接近设备工作设计温度，此时可以考虑加强机房通风来保障机房稳定的工作环境要求。

4)夏季和冬季是室外温度和设备常温差距最大的时期，空调耗能最大，有效的控制这两个季节空调的使用效率将是降低机房电费成本的关键。 5.各地季节性湿度变化情况

表4-9列举了全国各区域季度平均湿度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需湿度进行调整；

表4-10中所列举湿度是该设备正常工作所需要的环境湿度条件。

从表4-10中可以得知，除了交换机(40%-65%)和蓄电池设备(40%～60%)需要较高湿度要求外，其他主要设备工作湿度满足的要求可以在20%-80%之间;

从中可以得知：

(1)外界环境二年中绝大多数时间可以满足主要通信设备工作环境湿度要求(20～80℃)。

(2)夏季和冬季中可能出现需要空调处于加湿和除湿的情形，如果通过空调自身的加除湿功能来调节机房湿度可能会增加很大的功率损耗，并且部分机房精密空调不具备太大的调节湿度范围，此时可以考虑解除机房专用空调的加除湿功能，替代为机房增加专用加除湿设备来保障机房适当的湿度需要。

4.3冷气流组织

气流组织就是将空调机送出的冷风通过预定的风道、风口，按预定的风量与风速送往需要制冷的地点，再把设备产生的热空气回收到空调制冷的过程。气流组织分为3个部分：冷气产生、冷气配送、气流返回。

机房内计算机设备及机架应采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式，打破常规，将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口，形成一个冷空气区一“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的“热通道”中，通过热通道上方的回风口回到空调系统，使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果。如图4-10所示：

图4-10气流组织示意图

4.3.1 气流组织形式

通常机房制冷的气流组织形式有混合制冷方式、垂直送风制冷方式和水平送风制冷方式3种。

1.混合制冷方式

混合制冷方式是传统机房常用的方式(俗称冰柜式制冷方式)，传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求。传统混合制冷方式布局以整个房间作为冷却对象，造成冷、热气流混流运行，即前面的机柜排出的热风很容易进入后排机柜的进风口，由于冷、热风气流混合，从而造成精密空调制冷及机柜热交换效率降低。

2.垂直送风制冷方式

垂直送风方式一般指下送(上送)风上回(侧回)凤方式，一般是通过送风管道或地板静压箱开口方式送风，垂直送风方式空调的可减少冷热气流混流，大大提高空调效率，降低工程造价，这种方式是机房经济实用的送风方式。

3.水平送风制冷方式

水平送风方式一般指靠近机柜，沿机柜面均匀水平送出冷凤，把冷气均匀地送入机柜内，采用这种送风形式可大大缩短热交换距离，提高空调效率，这是机柜较理想的送风方式。 4.3.2 节能措兆

1.空调气流循环

空调气流循环如图4-11所示。

图4-11空调气流循环示意图

机房空调本身的设计是送风量大，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得到冷却。但是某些机房的设计抹杀了这项功能，比如：机房的空调被搁置在另外一个房间，靠隔断上方的回风口，来回风或者靠天花板的微孔来回风致使空调的气流组织受阻，而制冷效果很差，并且报警次数很多，还有静电地板的高度很低，有些地方至低于25cm并且下方有很多的线梢和线缆，空调的冷风无法送达利相应的位置S有些地方的静电地板的开口数量及开口的位置不对，造成空调的气流

组织不合理。上送风系统，风管的设计一定要合理，风口的数量及大小要合理，否则会影响制冷效果。

节能措施如下：

①如果空调是下送风上回风、下走线：地板的高度应在50～80cm。

②如果空调是下送风上回风，地板下低于40cm的，将电源及综合布线系统的放在机柜上层，实行上走线模式。

③如果地板无法达到标准的高度应采用强制向上排风的装置，以达到气流的正常流通和循环。

④采用监控系统控制气流的循环，通过机柜内的温湿度的监控来控制风阀送风口的大小开合。

2.机柜的气流组织

机柜即机房，这是未来机房的发展趋势，IT微环境的变化直接关系到整个机房的安全。机柜的摆放的合理性和机柜本身的微循环的问题是目前存在的两大问题。

机柜空间的合理布局对于确保机柜拥有适当温度和足够的冷空气同样非常重要。合理的机柜布局目标是控制空气循环，即避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。通过将机柜按行排列，冷热通道的技术，可以大幅降低短路循环现象，同时按照背靠背的方式布局。根据有关调查显示，大约25%的机房将每排机柜面向统一的方向。将机柜置于统一方向可能导致严重的短路循环问题，一般会出现“热点”，同时系统运行成本也将大幅提高。对于机柜朝向统一方向、且没有采用冷热通道技术的环境。调査显示大多数用户均是按照管理层指示放置的，目的是保持机房的美观。如果没有能够使用冷热通道技术，么解决这一环境中热点问题的一个有效方法是为受影响的机柜提供一个额外的制冷设备才可以解决。

机柜节能措施如下：

1)机柜布局。机柜按行排列，采用冷热通道的技术，背靠背布局。

2)安装盲板。尽管机柜通常被认为只是一种机械支架，但它对于防止设备排除的热空气重新进入设备进气口至关重要。

图4-12机柜导风板图

图4-12显示了机柜在安装盲板前热空气在出风口受到轻微增压后，再加上设备进气口的吸力，导致了热空气重新吸入设备进气口的情况，即短路循环。在安装盲板后，热空气从设备排出，机柜及其盲板提供了屏障功能，截断了热空气短路循环的路径，进而降低了热空气进入进气口的可能。

尽管主要的IT设备制造商均强烈建议使用盲板，但实际上90%或更高比例的机房都忽略了这一点。热空气再循环问题可能导致IT设备的温度上升8℃。安装言板是一个极其简单的过程，可以用非常低的成本应用于几乎所有的数据中心。

3)使用标准宽度机柜(使用超宽机柜将可能使得热空气通过设备侧面进行短路循环)。 4)使用深度扩展的机柜。

5)使用螺丝固定IT设备(使用托盘安装IT设备会造成相关位置盲板的无法安装，从而为热空气的短路循环提供了完全开放的条件，应尽量的避免)。

6)使用带有风扇系统的机柜，可将底层空气输向机柜前端或从机柜后端主动排除热空气。如图4-13所示。

图4-13机柜气流图

7)合理的负载分布。

不合理的设备安装位置，特别是高功率高密度设备的安装位置，可能明显的增加机房的工作压力。当高负载密度、高功率服务器被组合成一个或多个机柜时，便会出现高负载密度设备群。这种情况可能导致数据机房出现热点，并要求操作员采取相应措施，如降低空气温度设置点等。

8)冷通道封闭方案。如图4-14所示。

9）高集成度微模块方案。

采用工厂预先定制生产，到客户现场后进行组装，交付周期极其快捷。如图4-15所示。

4.4 空调分区设计

根据房间内设备和使用功能对温度、湿度的要求不同，划分为精密空调区和舒适性空调区，IDC数据中心机房、电力室采用精密空调系统，舒适性空调区域采用风机盘管空调。详细分区情况见表4-11.

地体机房及大楼防排烟系统、采暖系统、污水、中水、雨水系统均不在此设计范围内。

4.4.1 设计参数

1.室内设计参数

根据TIA942标准，环境要求如下： 温度：20～25℃（68℉～77℉） 正常设置点：22℃（72℉） 控制±1℃（2℉）

相对湿度：40%～50% 正常设置点：45%RH 控制±5%

并列的冷却系统设计和设备地板平面设计可以使气流从冷却设备以一个平行的方向到达机柜/机架的每一排。

根据上述要求，不同的功能房间有不同的温湿度及通风要求如表4-12所示。

4.4.2 系统要求

1. T4标准对暖通系统的要求

不应该有与数据中心设备无关的给水或排水管道的路由穿过数据中心。经过数据中心的给水或排水管道应该是密闭的或是有防身护套的。级别3和4的数据中心应该只有支持数据中心设备的给水或排水管经过计算机房。

提供计算机房内地面排水管，用来收集和排出一次预先执行释放的喷洒水。地面排水管应该接收从计算机房空调装置来的冷凝排水和加湿溢流水。

2.级别4(机械的)的要求

一个级别4设施的加热、通风和空调系统包括多个空调装置，用结合的冷却能力来维持关键的空间温度和相对湿度。如果这些空调装置是由一个水侧阻热系统服务的，例如：一个冷却水或冷凝水系统，这些系统的组件大小是同样能满足设计条件，用一个配电盘远离服务。可以通过供应两个电源给每一个空调装置，或将空调设备分配给多个电源来获得冗余水平。管道系统或系统都是双路径的，在管道断面发生故障或维护时不会导致空调系统的中断。当蒸汽系统被用于级别4系统时，要考虑可选择的水储藏办法。

4.5室外冷源系统

4.5.l 节能篇：冷却方式分析

近些年来，社会都致力于建设新的数据中心，并通过设施的整合，来实现绿色数据中心的目标。邪如何高效的运营和管理数据中心并达到真正的绿色，及迅速适应企业业务发展将更具有挑战。而通过优化的选址、虚拟化资源整合、自动化远程管理、以及能源管理等新技术的采用，解决目前数据中心普遍存在的高耗能、资源浪费严重方面的问题也迫在眉睫。针对制冷系统来讲，一些主要组件及系统设计也可以应用一些绿色方法。其中包括设施单位所维护及主要位于主机空间之外的机械基础架构元件。减少最耗能组件的运行时间是一个很好实现数据中心制冷系统绿色的方法。这可以通过节能装置实现，当温度和湿度达到一定条件时，节能装置可以利用外部条件冷却数据中心，而不需要运行冷却装置。这是最直接，最能大幅度降低能耗减少空气污染的方法之一。

表4-14风冷水冷比较

4.5.2 节能篇：冷却方式的确定

精密空调专门为大型服务器及计算机提供稳定的工作环境。常用3种冷凝工作方式，一般来说大型机房采用冷冻水型的精密空调的综合优势较明显。

从表4-14可以看出，3000平方米以上数据中心采用水冷系统是最合适的。 4.5.3冷却方式的对比

采用风冷型或是水冷型冷水机组的合理性论证有如下几点： 1.制冷系统比较

风冷模块冷水系统(以下简称风-水系统)由多个小的风冷模块组成，每个系统都是双机系统，如果有某个压缩机故障或维修都不影响空调系统运行，无需备用机组，即使备用1～2 台机组，费用也不多，节省初期投资；而水冷型冷水机组(以下简称水一水系统)通常只有组才可保证系统无故障运行，投资费用较大。

2.启动电流比较

风-水系统由于每个机组容量较小，系统运行时可顺序启动，避免对电网造成冲击水-水系统启动电流很高，对电网造成冲击，并且启动前需要长时间预热才能正常使用。

3.系统结构比较

风-水系统无需专用机房，省去占地面积。室外机采用的是冷媒与空气换热，不但减少了一套冷却水系统，省掉一部分初期投资和很大一部分日后的运行、维护及保养费用，而且没有冷却塔的水雾飘散，整个系统只需配备一套闭式水循环系统，水-水系统需要专用机房，占地面积很大，冷却系统还要在楼顶或室外放置冷却塔，配置两套水路(冷却及冷冻水管道)，相应水泵、阀门增加，且整个系统运行期间，须有专业人员全天值班巡査，增加人力投资。冷却塔年耗水量很大。

4.操作控制比较

风-水系统一健全自动控制，水-水系统机组、水泵、阀门、冷却塔、板换等都是独立控制，开机运行、阀门转换有复杂的操作及检查程序，操控复杂，需要做专业的PLC控制系统。

5、维护费用的比较

风-水系统只需要对机组本身进行维护水一水系统不仅要对机组进行维护，对冷却设施也需要很多的维护，其中冷却塔的维护费用尤为多，例如风机电机轴承的更换、水泵的轴瓦、轴套的更换、冷却塔的冲洗等等。阀门及各冷却系统之间控制、维护也较为繁琐。

6.初期投资比较

风-水系统所需的附属设施为：机组、冷冻水泵、集水器、分水器而水-水冷水机组所需的设施为：专用机房、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、集水器、分水器、板式换热器。风冷机组价格相对高一些，从中可以得出，两个都和初期投资相当。

7.可扩展性比较

计算机技术的更新期为2～5年，故冷却系统需要有扩展的能力以适应负荷增加，风-

水系统放置于楼顶、屋面，后期仍有增容的空间1水一水系统机机组安装于冷冻站内，无增容空间以应对未来。

8.可靠性比较

以xxLDC为例，选用四用一备的冷水机组，每套冷水机组均为双机系统，即对系统做了双重保险达到了T4的要求1水一水系统虽也可做到两个冷站的机组互为备份，但付出的代价投资及运行操作也是较为繁琐复杂的。

综上所述，选用风冷自然冷却冷水系统更适用于北方大型数据中心。 4.5.4数据中心能耗现状

云计算时代的数据中心，一方面要求数据中心保持高可用性特点能高效地、安全地运营；另一方面，用户会尽可能要求数据中心降低能源消耗和运行成本1而且数据中心必须具备灵活的扩展能力，以应对多变的业务需求及未来的不确定因素。

而根据最新统计，机房空调系统占总个数据中心的电耗比例达到近45%左右，其中冷源部分占到2/3。绿色数据中心的构建，机房空调的节能解决方案成了重中之重，并刻不容缓。 数据中心通常都需要常年不间断供冷，常规的制冷系统，室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组运行也需要照常运行。当室外温度较低时，我们完全可以利用冷空气直接冷却循环冷冻水，从而在冬季减少或完全不需要开启压缩机制冷即可为空调室内机提供冷量，冬季利用室外冷源方式总体来说分两种：一种为直接引入室外新风，第二种为采用冷水作为载体冷却；前者带来后果是需要大量的加湿量，其耗电量较大，同时还需对室外空气加热达到送风温度，也需耗能。过滤网更换频繁，维护量很大等诸多弊端后者在机房应用中采用乙二醇系统较为广泛，以此为分析基础。

后者称之为自然冷却方法(Free cooling) ，有此功能的机组叫自然冷却机组。乙二醇自然冷却系统其工作原理是：在蒸发器上端增加一组经济盘管，乙二醇系统为全封闭系统，乙二醇溶液为20%～70%，并且不需要更换。乙二醇溶液循环由乙二醇溶液泵为动力来实现流动。这一系统利用的是乙二醇溶液随浓度的增加其冰点降低的原理，使用大自然提供的冷源实现制冷节能。在利用室外冷量给机房供冷的过程中，冷空气要与乙二醇进行热交换，乙二醇再与混合空气进行热交换，它与常规冷水机组最大的区别在于它带有独特的风冷自然冷却换热器，其运行优先利用天然环境的低温空气冷却循环冷冻水，可以实现无压缩机运行制冷，显节省压缩机的电耗。如图4-16所示。

这种机组在夏季与常规空调一样，仍旧采用压缩机制冷。但是在过渡季和冬季，却能较少地消耗电能达到常规空调同样的制冷效果。

在过渡季，当环境温度达到比冷冻水回水温度低两度或以上时，开启Free cooling自然冷却，利用冷空气的冷量顶冷冷冻水，无需压缩机功耗自然冷却不足部分，再由常规压缩制冷接力，从而减少了系统功耗。

在冬季，低于回水温度十度后，完全靠Free cooling自然冷却冷却冷冻水，不需压缩机开启，只需少量风扇电耗，能效比高达20以上。

这样综合下来，通过自然冷却技术，在过渡季和冬季减少了压缩机工作时间和强度，有效降低了制冷功耗。跟常规的冷水机组相比，以廊坊纬度地区为例，常年节电达到38%。

4.6供、回水温度和管路设计

常规冷水系统的冷冻水供、回温度一般为7～12℃，作为数据中心常年需要散热，可选择设计梢高的温度范国机组。较高的水温不去湿但能提供足够的冷量，具有很大的节能潜力，缺点就是流量较大导致管径与水泵规格较大，但相比来讲利大于弊。数据通信设备适用的冷水供水温度通常为4～16℃，推荐10℃的水。么采用这样的温度的冷水系统运行费用较低，也节省7能源消耗。凤冷自然冷却系统运行工况：环境温度35℃，冷冻水进出口温度12～18℃。如图4-17所示。

1)根据负荷要求可得出所需水流量的最小值。

4)水泵的选择。

水泵的选择遵循原则为一是选用多台水泵时，要考虑流量的衰减，一般附加5%～10%的裕量；二是水泵并联不宜超过3台，即进行制冷主机选择时也不宜超过三台。一般，冷冻水泵选取，以保证系统可靠的补水。

冷冻水泵是在冷冻水环路中驱动永进行循环流动的装置。我们知道，空调房间内的末端(如风机盘管，空气处理机组等)需要冷水机组提供的冷水，但是冷冻水由于阻力的限制不会自然流动，这就需要水泵驱动冷冻水进行循环以达到换热的目的。

5)分水器和集水器的选择。

为了利于咨空调系统分区流量分配和调节灵活方便，一般在水管系统的供、回水干管上分别设置分水器和集水器，再分别连接各空调分区的供水管和回水管，在一定程度上也起到均压作用。选择的原则为保证总水量通过分水器或集水器时的流速大致控制为1.m/s1.5m/s工程上接经验偕算法来确定管径，即D=l.5～3.Odmax，其中dmax为支管中的最大管径。分水器和集水器底部应设有排污管接日。

6)膨胀水箱与气压罐装置。 7)膨胀水箱的选择。

膨胀水箱可以容纳系统中水受热膨胀后多余的体积，解决系统的定压问题，向系统补水。其安装高度至少高出系统最高点0.m(通常取1.0～1.5m)。其容积由系统中水容量和最大的水温变化幅度决定。由下式确定：VP=αxΔtxVs(m3/h) α为水的体积膨胀系数，一般以0.0006L/℃；Δt为系统最大的水温变化值，Vs为系统内的水容量。

8)气压罐装置。

不但能解决系统中水体积的膨胀问题，而且可实现对系统进行稳压、自动补水、自动排气、自动泄水和自动过压保护等功能。

9)自动排气阀。

水系统管道中如有空气，将会出现水量不足等问题影响系统正常工作，因而需要自动排气阀排出系统的空气。

10)阀门。

阀门的作用是接通、切断和调节水或其他液体的流量。空调系统中常用的阀门形式有截止阀、闸阀、蝶阀、止回阀、调节阀、安全阀以及凝结水用疏水器。在冷冻水系统管道中，≤DN40采用截止阀，≥DN50采用蝶阀，＞DN100的止回阀用消声止回阀。风机盘管及空调室内机组的进水管上均加闸阀和过滤器，回水管上均加电动两通阀和手动调节阀。

11)软化水处理设备。

当工程所在地水质较硬或是系统较大的时候，容易使系统的管路结垢，该空调系统必须配置水软化装置，一般选用全自动软化水装置i它一般是通过钠离子交换的方法除去水中的钙镁等离子，达到软化水的目的。此项目采用自动软化水处理设备。

12)过滤器。

过滤器是输送介质的管道上不可缺少的一种装置，通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其地设备的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。目前常用的水过滤装置有金属网状、尼龙网状过滤器，Y型管道式过滤器，角通式和直通式除污器等。一般安装Y型过滤器的比较多。

13)压力表：测试水系统压力，位于水泵的进出水端和过滤器的进出水端。

14)温度计：测试水系统温度，位于水泵的进出水端、主机、换热器、末端、分集水器上。

15)水管。

根据T4标准要求，无关水管不得穿过数据中心，xx基地建筑设计有夹层专用于敷设管道、线描等。

4.6.1冷冻水管系统设计

1.敷设形式

冷冻水管道的敷设方式有异程式、同程式、环形管路式。

1)异程式：用于连接点数较少的场合，若连接点数较多，可能需要大量的平衡阀来保证系统正常运行，这是因为对于给定的负荷，供、回水管路的长度是变化的。其优点是费用最低，管道、阀门与配件较少操作与理解容易。缺点为只有一个冷源，可靠性最差，对于负荷无管路冗余，可能需另加平衡阀。

2)同程式：主要是使回水管流动平行于为建筑物内各负荷提供流量的供水管的流动，这样使任一给定负荷的供、回水综合长度接近相等，也就建立了一个称之为“自平衡”的系统。其优点是操作与理解容易，具有自平衡性。缺点是费用较异程系统稍贵。

3)环形管路；这种管路构架普遍应用于以冷水系统为基础的风冷型机组。干管回路系统是个封闭回路，在各点上开口为负荷提供制冷服务。从冷源开始，回路中的液体可以向两个方向流动，可进行维护或检修。其优点是具有自平衡性，由子有两条管路通向负荷，故较同程与异程系统増加了系统的可靠性i每一管段和未来的设备可在系统不停运的情况下进行维修。缺点是增加了复杂性和理解的内容及系统费用。

根据上述几种方式的论述，我们可以确定一种比较安全可靠的接管方式、在大型的数据中心水管道设计中，往往垂直管路做同程式，水平管路做环形管路。同时有两个或以上的垂直干管接人不同层于末端设备供水，使得整个水管路系统得到双重保障。

2.管路材质

低压系统中，≤DN50采用焊接钢管，＞DN50用无缝钢管，高压系统可一律采用无缝钢管。空调冷水管、凝水管保温材料采用难燃B1级柔性泡沫橡塑保温管套，保温厚度为：管径小于DN50为20mm；管径大于DN50为30mm；阀门及异形管件要用异形管売保温。 4.6.2应急措兆

数据中心设计主要体现在绿色、环保、节能、可靠、安全。前面我们论述了绿色、环保、节能。么最重要的是要保证数据中心运行的安全可靠性。在遇到紧急或断电状况下仍能保证数据中心的正常运行。前面我们从水管路设计方面考虑了安全可靠性保证供水的不间断性，以及系统的N+1备份运行和机组双系统，以下还有几点从设计方案中可以体现。

1)设计蓄冷罐，其作用在于当系统断电时，仍可保证水冷管道中有足够15min应急水可满足在柴油发电机启动期间的运行所需。

2)由分、集水器之间的自力式压差控制阀控制系统的压差，使供、回水管的压差处于设定值。保证系统正常。

3)在数据中心地板下，空调附近均设计150mm档水坝，其作用在于当发生末端水管漏水可阻档水流入机房内部地板下。同时在挡水坝内安装侧壁式地漏排走漏水。同时在环形管路中引两路泄水管至附近的管井至一层集水坑，用于当环管路需要维护、清洗时泄走管路中多余水量。有可能性的情况下，在水管附近制作水沟、水槽等有效的排水措施。蓄冷罐及阀门如图4-18 所示。

图4-18蓄冷罐及阀门

4.7 室内精密恒温恒湿空调系统

4.7.1 机房空调系统特点

数据中心的空调系统，与IT系统、供配电系统、网络系统处于同等重要的地位。该系统的可靠性主要体现在以下几个方面：

①空调送风的焓差小而风量大。

②气流组织以自下而上的送回风方式效果好。 ③温湿度、洁净度要求严格。 ④较长时间的运行周期。 ⑤设备的升级和扩充。

⑥机房设备投入使用后，或多或少会进行更新和扩充。机房的空调设备选型，宜留适量的备用负荷，一般应留有15yo～20yo的余量，以适应对这些小范围改造或扩充，满足未来8～10 年业务数据处理的需要。机房空调结构和产品图示如图4-19所示。

图4-19机房空调结构和产品图示

4.7.2机房空调原理

空调设备是一种人为的空气调节装置，它可以对房间进行降温、减湿、加热、加湿、通风、净化等调节过程，利用它可以调节室内的温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而使人们获得新鲜而舒适的空气环境。随着应用领域的不同，空气参数的设定也会有所不同。

机房空调机组性能需满足机房温度、湿度、气流、洁净度的要求，是数据中心空调系统的核心设备，提供制冷、加热、加湿、除湿、送风、过滤等功能。

1.机房温度控制

空调系统的温度调节功能主要靠制冷循环系统实现。制冷循环系统有4个基本部件组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。由管道将4部分连接成的密闸系统，制冷剂在这个密闭的系统中不断循环流动，发生相态的变化，与周围环境进行热交换，从而达到制冷的目的。空调设备制冷系统原理图如图4-20所示。

1)压缩机：制冷循环的核心，是制冷剂在系统内循环的动力装置，使蒸发器中的制冷剂保

持低压，冷凝器中制冷剂维持高温高压。

2)冷凝器：在冷凝介质的作用F，使压缩机排出的过热饱和蒸汽冷凝为液态。 3)膨胀阀：制冷剂循环流量的调节装置，它对高压液态制冷剂节流降压，使进入蒸发器的制冷剂在要求的低压下吸热蒸发。同时根据被冷却介质的热负荷变化自动调节进入蒸发器的制冷剂的流量。

4)蒸发器：经节流后的液态制冷剂在蒸发器中吸热汽化，使被冷却物质降温，实现制冷的目的。

5)制冷剂：它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的流体介质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介所(水或空气等)的热量而汽化，经压缩机压缩而变为高温高压的气体，在冷凝器中将热量传递给周国空气或水而冷凝。目前空调机组最常用的制冷剂为R22，可以在同样的制冷系统中取代R22的更环保的制冷剂是R407C。R407C对臭氧层没有破坏作用，但仍然是温室气体，仅仅是一种过渡型制冷剂。目前还没有完美替代R22的制冷剂。当采用R407C制冷剂时需要注意室外机配置，由于R407C的特性和R22有所不同，一般需要重新匹配较大散热量的室外机。

图4-20空调设备制冷系统原理图

制冷的具体过程为：液态制冷剂在蒸发器吸收房间空气中的热量由液态变成气态，其温度压力均不变化，而房间内的空气由于热量被帯走，温度下降。液态制冷剂在室内被汽化后，被压缩机吸入压缩成高压、高温的蒸汽，然后进入冷凝器，高温高压的气体制冷剂在冷凝器中与室外空气进行热交换，被冷却成中温高压的液体。此中温高压液体在经节流装置节流以后变为低压、低温的液态制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，从而起到循环的目的。 当需要加热时，机房空调一般采用电加热器，使房间的空气升温。从加热方式来看，主要为电加热，采用不锈钢加热器或正温度系数(PTC)加热器。

2.机房湿度控制

机房内的除湿也依靠制冷循环来实现，在制冷过程中，我们可以控制蒸发器表面的温度低于被冷却的室内空气露点温度，凝结水不断从蒸发器表面流出，达到除湿的目的。 机房内湿度过低时依靠加湿器加湿，加湿器把水汽化为纯净的水蒸气，通过送风系统把水蒸气送入机房，达到加湿的目的。

目前机房常用的加湿方式主要有红外坳n湿、电极式加湿。 3.机房洁净度控制

机房洁净度的控制要从两个方面着手：保持机房正压和空气过滤。机房正压通过送人新风和机房密封，使漏风量小于新风量来实现。通过空调机组回风口设的过滤器，可以过滤空气的灰尘和杂质，通过选配不同过滤等级的过滤器就可以达到控制房间内空气洁净度的目的。为保证机房的洁净度，过滤器一般为初效或中效过滤器。新风系统，需要采用多级过滤(最后一级为亚高效)，使处理后的新风洁净度优于机房的洁净度。

以上各部分组合起来，通过控制系统组成一个有机的整体，就构成了空调机组。 机房空调机组按送风方式分为下送风机组、上送风机组，按是否自带冷源方式分为直接膨胀(DX)式机组和通冷水型(CW)机组，DX机组自身具有制冷系统，CW机组自身不带制冷系统，需要利用冷水机组提供的低温冷水提供冷源。直接膨胀式机组按冷凝器冷却方式不同又分为风冷机组、水冷机组、乙二醇冷机组等，近年来随着机，房对空调要求等级逐渐提高，还出现了双冷源机组，即一台空调机组内包括DX和CW两种制冷单元，可以互为备份自动切换。

4.7.3机房加温系统

大多专用空调机房本身白带加湿系统，通常是电极式加湿方式，可解决机房内恒温恒湿的要求，但耗电量较高，以此项目一个模块为例来讲，每个模块所需新风量为3500 m3/h，所需加湿量为35kg/h，考虑冗余及损耗，总加湿量为40kg/h，若采用机房争用空调所需加湿量一段用电量约为30kw，但我们采用单独的机房专用湿膜加湿柜机，电量即可大大降低。可选择单台加湿量15～20kg/h的奥特思普加湿柜机共两台，每台用电量80OW，共需耗电1.6kW，远远低于传统加湿形式。加湿柜机可远提供R8485接口，远程监控，调节范围0%～99%。

4.7.4机房精密空调运行方式

为确保机房运行的安全可靠性，及机房内的设备需连续运行，工作时间长的特点，机房精密空调在原有大楼空调系统运行情况下，仍采用N+1备份运行方式，在一台设备发生故障的时候都可以启用备机运行，确保室内温、湿度等环境要求。设计满足满负荷常年连续运转，具有极高的可靠性。 4.7.5其他水管安装

加湿系统上水管由无负压变频供水设备直接供水F由管道井至每层模块。水源处安装一套软化水装置。

空调冷凝水管均由管道井至市政废水管排至室外。

空调水系统的高点均设自动排气阀，管道坡向排气口，空调水管坡度0.003。最低点设泄水阀。空调凝水管坡向排水口，坡度0.005屋顶水做电伴热保温处理。

所有水管均做保温处理。

冷冻水管、加湿水管、冷凝水管、泄水管等水管均做相应的密封处理和相应的应急措施，漏水率低，安全可靠性高。

4. 8 选择机房空调的制冷类型和送风方式

关于数据中心的制冷及气流组织管理的问题，我们首先需要探讨一下数据中心的发展趋势。目前有两个显的发展趋势，一个是高密度的趋势，一个是高能效的需求。尤其是在虚拟技术应用之后，CPU的使用率，包括硬件的使用率都有一个很大提高，更小更快的网络交换机就被应用到越来越小的空间里，所以导致高密度的发展趋势。而高密度的发展趋势也是进一步使数据中心的能耗有很大的提升，在美国有这样的调査，三年能耗成本等同于购买设备的成本，而且这种发展趋势还会在未来每年以50%的发展速度在继续。用户们可能更多要求高能效的运行设备来节省运行的能源消耗。

现在数据中心对于制冷系统的要求可能有几项，当然最关键就是最基本的要求有极高的稳定性，保证设备稳定运行。在这个基础上，应该能够提供一定的制冷能力，对于一些高密度的机柜能够提供一定的制冷能力，可能还有一些智能化、一体化监控的需求，能够应用一些节能环保的技术也是符合现在的发展趋势，最终可能是要求一个经济化的成本的最小化，当然要求一个投资和回报的比例达到最优化的数值上。

既然现在数据中心对于制冷有这么多的要求，什么样的制冷方式最符合我们的需求呢？而且在选择制冷方式之后选择什么样的组织可以达到最大的作用呢7并不是说哪一种制冷方式最优或者最全面，每一种制冷方式都有自己适用范围和特点，当然有一些局限的地方，所以我们在做选择之前肯定要把每一种制冷方式的特点能够更清楚，更了解，才能更明智地选择。

4.8.1 DX直膨风冷型

机房制冷里面的风冷型是应用广泛的。这种类型的优点是结构简单，安装施工比较方便，所以成本相对低一些，而且设备运行的独立性比较强。买了一个室内机、室外机管路连接好就可以运行了，不需要其他辅助系统，这是说独立性比较强，一般客户没有太多的特殊要求的时候会先推荐这种方式。但是这种方式也有其局限性，就是对于室外机的安装有一些要求，接管长度小于70米。当室内机低于室外机小于30米或者是高于室外机小于5米。这个制冷回路比较长，所以需要加装很多措施，因为这里面空调在使用中有50%以上发生故障的情况并不是因为本身质量有什么问题，而是性能上设计上有缺陷，而安装中没有选择最合理的安装方式，或者是安装工程质量不合格导致的，所以这里面可能对安装多说一些。即使客户的安装条件满足了，满足了60米、30米、5米的极限要求，管路比较长的时候还要做一些措施。比如加个热强风的装置，不让高低压差过高。如果管路超过30米加一个储液罐和单向阀，一旦停机的话制冷机会残留很多，如果没有这个装置的话会有液挤的情况，对压缩机有很多影响。这样可以把制冷机、润滑油收到储液罐，有利于回到压缩机里面来。如果管路过长，就得把冷凝器的型号适当放大，因为管道过长延长阻力比较大，这样换热效果会打折，造成一定的损失，如果还应用原来配的冷凝器，可能制冷效果不一定会保证，所以要放大一点冷凝器的型号。在上升管里面，润滑油跟制冷剂是一起被压出压缩机之外，能不能顺利回去呢？关键问题正常回去才能保证压缩机不缺乏润滑液，不产生干烧的问题，所以加了之后就减少了上升的阻力，在定的阶段之内能够顺利回到压缩机里面来。如果管路过长，管路还要适当放大一两个型号，如果不放大型号，管路过长，制冷剂的流速越来越快，压力非常大，很大程度会影响换热能力和制冷效果，但是又不能无限放大管路。因为管路放得过粗的时候，流速会比较慢，流速慢，就会使得带油能力降低，如果来说在水平管路高于2.5米/秒，上升管路需要达到5米/秒，这样才能把润滑油带过来。 4.8.2 DX水冷型

如果室外机和室内机超长距离，么安装方式可能会推荐水冷型，通过泵的控制使得换热设备不受距离的限制，这里可以看到冷凝器是用水换热，这个水又是由冷却水塔和水泵供应的冷却水，水塔可以安放得很高，管路很长也没有问题，只要选择比较合理扬程的水泵。这种存在二次换热，系统复杂了一些，需要额外的冷却水系统，所以相对于风冷型来说，如果其他情况一样，成本可能稍高。这种方式主要应用在不能满足风冷型安装表现的机房里面，可能客户不愿意为这个机房单独提供冷却水塔和水泵，而且条件又不满足风冷并北方，就推荐使用乙二醇冷却型干冷器。溶液这次不是水，而是乙二醇水溶液，直接进行冷凝的过程。乙二醇冷却型还有一个比较大的特点就是可以在冬季低温的地方进行运行，因为东北冬天的温度很低，如果还是用水溶液进行冷却，冬天一旦水不流动，可能会冻住。加了乙二醇之后凝固点下降，因为乙二醇可以跟水以任何比例混合，混合之后凝固点会降低，溶液浓度达到68%的时候，凝固点降到零下68℃，这是最低的，如果再加溶液的话，凝固点反而会升高。应用多大浓度的乙二醇，要根据当地情况和投资分配来决定。 4.8.3乙二醇自然冷却型

在北方地区冬季，还有一种较为节能方式是乙二醇自然冷却型。这种方式是节能技术比较先进的类型，因为这里加了节能的组件，节能效果比较明显。这个节能组件夏天跟正常水冷的运行模式是一样的，但是在秋冬季节或者温度比较低的时候，节能组件会把阀门打开，冷却水直接进入冷冻阀，压缩机不运行，所以起到很大的节能作用。这种方式实际上节能效果真的挺明显的，因为室外温度保持在10艺左右，节能达到30%，如果室外温度5℃左右，

节能达到70%。这种也是受地域限制，并不是所有地方适合用这种方式，一般北方地区这种方式比较好，节能效果非常明显。在中原地区基本上用这种方式跟普通用水冷型能耗差不多，在南方地区能耗反而有所增加，所以这种方式也是根据地域特点来选择的，而且投资比较大，因为增加了很多节能的组件，所以成本比较高，要看一下成本和回报是否有比较好的比例才能决定用不用这种方式。

在国内，运营商已经开展这类采购使用近八年时间，节能的措施做得非常好，这里应用了乙二醇的自然冷却型的冷却方式，再加上确实做了其他的节能，比如用了一些高效的模块化UPS，加入地板下加装一些风机强制通风。这个POE可以做到1.25，最大的贡献就是乙二醇的自然冷却。 4.8.4冷冻水型

在大型IDC，尤其超过3000平方米IDC，冷冻水型是几种制冷方式里面最经济节能简单的一种，它可以充分利用中央空调冷冻水来节约运行费用，当然是要求大楼里面有中央空调的系统，结构是很简单的，所以造价也是最低的。并不是所有的地方都能够供冷水，或者说有些地方大楼有冷冻水，冬天的时候冷水机可能用来制热，因为大部分地方都是为人服务的，冬天一定制热，就没有冷冻水了，这时可以用双冷源型。 4.8.5 双冷源型

为提高可靠性，可以采用该形式。双冷源型就是把双冷源的形式，有冷冻水的时候就用冷冻水制冷，这个时候压缩机不用运转，功耗很低。如果冷冻水不足的话，就用精密空调，这样可以提高运行的可靠性。但是它要求中央冷冻水和精密空调要有能够进行切换的措施，因为是双冷源，所以相当于双系统，所以结构稍微复杂一些，成本也稍微高一些。 上面讲的是几种最基本的方式，这些方式实际还是一旬话，不是哪一种方式最优最好，一定是选一种最适合的，这就要看数据中心或者机房的基本条件是什么样的，客户对他的需求有多大，还要看投资有多少。 4.8.6 比较常见的气流组织形式

1.风帽上送风

这是最简单的一个上送风，直接在空调机上面加了凤帽，这种施工非常简单，当然造价非常低，映点是送风距离比较短，只能应用小型机房，而且温度场很不好。我们知道冷空气和热空气的密度是有差别的，一段来说冷空气的密度一定比热空气高一些，如果在上面送了冷风，在下降的过程中对设备有制冷作用，这个时演空气一点点升高，他自己气流自然的规律就是想往上走，可是还要冷却其他的设备，所以温度场比较乱，不是很均匀。还有一点求噪音比较大，因为直接开放式的送风，可能会听到机房里送风的声音，所以噪音比较大。

2.稍微优异一点的上送风，但是加装了送风口和风道

这样送风比较远，比较均匀，工程比较复杂，所以造价比较高一些，而且风道比较长的时候往往要选择比较大的风机，不然可能送不了这么远。它的缺点一是增加了投资的成本，

二是运行起来的能耗会増加，所以会増加一些资金的投入，同样从气道里送风出来有很大的噪音。这种一般花大型机房里还是有应用的，因为这个机房没有高架地板，所以只有选择上送风的方式。这里需要注意一点，因为这种方式机房的层高要足够，因为本身风道有500mm这么高，如果说机房层高不够，气流一定不是很通畅，循环不是很顺畅的话，制冷效果会受到很大的影响。

3.地板下送风

地板下送风就是地板相当于静压箱，可以把风均匀送到用户的设备里来，这种比较符合气流自然的规律，所以温度场比较均匀，而且地板有屏蔽的作用，所以噪音比较小，但是没有办法满足高密度的制冷需求。从地板下送风的时候，每一个机柜前只有一块出风地板的风口，对于如果想要冷却1000瓦热量的时候需要每小时300立方米的热量，当时超过的话是无法满足的，所以无法满足高热密度的需求，而且这样造价也比较高一些。对于低密度的大型机房还是比较优秀的送风方式，需要注意地板的净空高度300mm，因为有很多地方都是有管线的。还有地坪要做保温。

对于底板下送风，因为是目前机房里最常见的气流组织，一旦使用这种气流组织的话可能有一些优化管理原则，比如说可以把空调要摆放得和机柜垂直，横的是空调，竖的是机柜。空调要避开冷通道，因为采用的是上通风，下回风，等于说上面回热风的时候和下面送的冷风有很大的混合几率，就会造成冷量的损失，所以要摆在热通道上，这样混合之后可以提高制冷的效率。再就是空气密度比较高的时候，要适当提高活动地板的出风速度，尽可能提供多一些的制冷能力。有条件的时候可以在空调机的顶部接回风管或者回风口，减少冷风混合造成的损失。另外要布置在空调机的后面，如果在前面会阻挡风的送出，对于制冷效果和送风效果都有很大的影响。

4.弥漫式送风

弥漫式送风是比较筒单的一种送风，一般认为如果在机房选择弥漫式送风是没有办法的办法，就是通过下部送风，通过下部回过来，有的机房比较小，层高没有办法加装风管，所以只有采用这种送风方式。但是这种送风距离很短，所以可能只有在电池间，UPS间，配电阆中小型机房里面使用一下。

5.水平式送风(行间)

水平送风是近一段时间出现的送风方式，这种送风是跟高密度的机房特点有很大相关之处，主要就是为了配合高密度机房来进行的，这种送风方式因为比较接近热源，可以支持高密度制队不僚地板送风要经过地板和水平的限制。右边机柜内的辅助制冷方式也是一种水平送风的方式，只不过是在机柜内部布置的。这种送风可以把送风的温度提高一下，然后提高制冷效率、降低能耗，一般送风的温度提高一度，制冷效率可以提高1%～3%，制冷量提高3%～5%，所以在相同制冷效率的条件下提高送风速度一定是节能的，这种适用于中小型机房。可以在层高不足，或者没有高架地板采用这种方式比其他的方式好一些。或者是大型机房，有的热流密度不同，可以把高密度的地方单独封闭起来进行单独制冷来满足需求，一定要注意这种方式和热通道封闭系统结合在一起才能发挥效果。

以上所讲这些就是主要的制冷方式和气流组织形式，在做决策新建机房并不是简单选择哪

种方式和气流组织形式，要对自然情况、基本条件、数据中心的规模都要有一个评估，客户的预算也很重要，他想建造什么样的数据中心，能够投入多少资金实际也是选择比较重要的因素。另外，数据中心的自然条件有没有可利用的，可不可以用一些节能组件的制冷方式对于选择有一定的影响。

4.9新风系统

本方案机房新风量选择以维持机房正压为标准新凤系统可根据以下方式计算：保证室内人员所需新风量，按工作人员每人403/h计算，维持室内正压所需新风量。

《电子信息系统机房设计规范力规定了取其中最大值，由于机房内人员很少而且机房要求的正压值不大，IDC机房新风系统按换气次不小于1次/小时计算。选用不小于3000 m3/h的新风机组(自带水冷冷源)，新风机组安装在夹层内。四层新风机组安装于本层吊顶内，共计六台。

各电力、电池室排风换气次数为0.8次/h，送风换气次数为1次/h，送、排风机均安装在吊顶内辅助用房由全热交换双向新风换气机提供新风，全热交换效率70%。全热交换双向新风换气机安装在吊顶内，新风由空调机房外窗引进，室外新风经新风机组由风管送至机房内，与空调回风混合后一起进入精密空调机组，经过温度等处理后送入机房内。

机房内围护结构密封较好，避免造成正压值过大，在专用空调区与走道相邻隔墙处安装余压阀，平时可保证机房内正压值不会过大(按规范要求机房正压需保证在4.9～9.8Pa内)。新风管进行保温处理，在新风机人口处安装电动防烟防火阀，当防护区失火或温度达至70℃时，阀门可通过电讯号DC24V联动新风机组关闭。新风系统与空调、消防联动，引人机房的新风管安装防火阀，如发生火灾能及时自动关闭，防止火灾扩大。

大楼采用冷冻水系统，可以利用此系统作为新风系统的冷源，一方面保证引人新凤的温、湿度，减少机房空调的冷量负担，另一方面也减小了单独采用冷源耗费的电力需求，可谓一举两得。

4.10排气系统

1.机房洁净度控制

在气体灭火区域设置排气设备，保证在消防系统灭火后在最短的时间能将机房内的残留气体灭火药剂及有害烟尘排出房间以外。排风量按换气次数5次/h计，顶上安装。

各油机房的储油间换气次数为5次/h，防爆排风机安装在外墙上，防爆开关设在储油间外。各冷冻站换气次数为5次/h，排风机安装在外墙上。各变配电室换气次数为5次/h，送、排风机均安装在一层夹层内。

各IDE机房、电力室换气次数为5次/h，安装排除气体灭火后剩余废气的排风系统，换气次数为5次/h，排风机安装于屋顶。

2.设计原则

考虑不同的防护分区同时发生火灾的概率相对较小，按最大的防护分区的排气量作为选择排风机的依据，既节省了设备初期投资，也减少了设备型号，从而减少了用电负荷，节省了后期运行费用。

4.11 大型数据中心精密空调对应冷源形式的方案分析

4.11.1风冷自然冷却型与水冷型主机对比分析

根据“云计算”的发展，大型数据中心建设的发展趋势体现为“集中性”和“高可靠性”和“绿色节能性”。为了给大型服务器提供稳定的空调温度工作环境，大型和超大型数据机房采用冷冻水型的精密空调或者直接冷却型盘管的综合优势较明显。以下就机房的冷源形式做方案分析。

带自然冷却的风冷冷水机组；风冷机组可直接安放于屋顶或其他室外空间，省去了水冷式冷水机组所必备的冷却塔、冷却水泵及冷却水管路系统。

自然冷却指的是在低环境温度时可以不必启动压缩机，利用外气温度自然冷却换热提供冷冻水，从而节约运行费用，切换过程完全自动控制，不需要人工干预。

风冷式冷源与冷水式冷源主机特点见表4-15。 2.自然冷却在制冷中所占比例

图4-22自然冷却在制冷中所占的比例

由图4-22可知，在室外环境温度刮3℃时，自然冷却部分开启，随着室外环境温度的降低，自然冷却在制冷中所占的比重逐步增加，到室外环境温度低于2℃后，制冷完全采用自然冷却运行，压缩机不必开启，此时节能效果最为显蓍。

3. 自然冷却运行的节能率

图4-23自然冷却运行的节能率

由图4-23可知，随着室外环境温度的降低，使用自然冷却功能时间增长，节能比例逐步增加，到低于2℃后，节能率达到95%以上。

3.T4空调优化设计二：2N结构

图4-28T4空调优化设计二

云计算数据中心仅单纯从建设角度考察运行/建设成本是不完备的，应把运行成本的增加与具体业务类型联系起来考虑，比如，同样是主机托管机房，有的机房托管的是面向个人等低端用户的单服务器托管业务，而有的机房则是面向银行、保险业等高端用户的主机托管业务，这两种类型的业务收费，即利润水平的差别非常大，高利润业务对托管机房提出特殊需求应属正常，相应地，增加一些运行和建设成本，也符合实际。 4.12.1关于占地

风冷式冷液机组可能会比水冷式冷液机组占有的机房少很多，更有优势。这取决于机房内服务器装机密度、设备厂商、型号的选择、装机成本等因素。 4.12.2可靠性问题

水塔系统比较复杂，设计自控电路较多，阀门切换，需要专业人员完成，而且水塔和机组对回水水温进行限制，冬季容易造成停机保护。供水系统和阀门是最大隐患，一旦停电或停水，整个空调系统全部停机，造成机房瞬间过热，在专家组对中国各大部委金融系统大型IDC调査中发现，过去几年里80%造成空调停机的原因均由于水塔或供水问题造成。 4.12.3风冷式冷浪机组和水冷式冷浪机组的比较

风冷式冷液机组和水冷式冷液机组的运行条件是不一样的，风冷机组更容易通过控制风机的起停实现精细化的节能控制。因此，查看别人的经验和学术研究文章应更有参考价值。 美国特灵公司曾做过水冷离心式冷液机组和风冷离心式冷液机组在全负荷和部分负荷时的耗电量比较，现将该比较结果L以制冷量1160kw(330USRrL)为基础1整理列出来，见表4-16供参考。

从表中可以看出，在全负荷时，风冷式冷液机组耗电量的确比水冷式冷液机组大，大约大15%左右，但在2/3负荷时两者基本持平，且风冷机组略低，而且1/3负荷时，风冷机组的耗电量远远低于水冷液机组，大约低30yo左右。所以总的来看，风冷式冷液机组的全年耗电量并不会比水冷式机组高多少，加上冷液机组在设备保养方面的费用(冷却塔系统维护保养、水处理、冷凝器清洗等)较风冷机组为高，所以风冷机组总运行费用可能还略低于冷液机组。如果再加上自然冷却，则优势明显大于水冷机组。 4.12.4关于耗水

风冷自然冷却机组是免耗水，免运维设计。水冷式加水塔方案耗水量极大，平均1000个4kw机柜，需要每天耗水400吨。 4.12.5供水稳定性对IDC可靠性影响

从4-29图看出，由于供水可靠性远远不如供电，单一水厂供水和水路环节存在断水可能性较大，严重影响IDC运行可靠性，成为T4等级最大瓶颈，要引起重视。

图4-30为传统离心水冷+水塔方案，从中可以看出采用耗水水冷系统对数据中心可靠性和等级大大造成威胁，这是传统IDC面临的难题。

图4-29传统离心水冷十水塔方案

4.13螺杆式机组与离心式机组比较

4.13.1离心式制冷机组的不足之处

1.结构复杂

为了得到较高的压缩比，尤其对密度小的制冷剂，必须增加级数，一般还要用增速齿轮，对开启式机组，还要有耐高速的轴端密封。这些都会增加制造上的困难和结构上的复杂性。

2.工况狭隘

同一台机组工况适应范围狭，工况不能有大的变动。这样在地源热泵(江河水源)中，如果冬季地源测温度降低(冬季越到后面，地源侧的温度越低)即蒸发温度降低S热水温度出水温度如果在45℃左右，则冷凝温度升高(和标准工况7～12℃，32-37℃相比)当两者达到一定差值时，需要提高压缩机转速来提高压缩机压缩机排气压力，才能达到高温工况。

3.易发生喘振

离心机组在部分负荷工况下会发生喘振现象，机组效率大幅度下降。喘振是离心式制冷压缩机这种速度式压缩机的固有特性，当排量小到某一极限点时就会发生该现象。压缩机发生喘振时，将会出现气流周期性振荡现象，此时制冷剂交替地在压缩机中往返流动，附带发生噪声、震动和发热，长期在该工况下运行会损坏压缩机，降低机组使用寿命。喘振带给压缩机严重的损坏，会导致下列严重后果：

1)使压缩机的性能显蓍恶化，气体参数产生大幅度脉动。

2)噪声加大。

3)大大加剧整个机组的振动。喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力，压力失调引起强烈的振动，使密封和轴承损坏#至发生转子和定子元件相碰等，叶轮动应力加大。

4)电流发生脉动。

由于空调运行90%时间是在部分负荷下运行，所以离心机额定工况下的高效率在实陈中无法体现。

4.热回收水温低

离心机组如果要保证制冷工况的高效率运行，热回收状态下的水温就偏低，达不到最基本的使用要求。 4.13.2螺杆机特点

螺杆式压缩机结构简单，易损件少，能在大的压力差或压力比的工况下工作，排气温度低，对制冷剂中含有大量的润滑油不敏感，有良好的输气量调节特性。能适应广阔的工况范围运转，尤其是用于热泵机组上，其容积效率不会有明显的下降。

可靠性高，噪声低，振动小，动力平衡好，适应性强。 4.13.3参数举例；克莱门特螺杆式地源热泵参数见图4-30

克莱门特半封闭双螺杆压缩机，不仅运转平稳，精密的压缩机转子间隙，更使高低压侧泄漏减至最少，从而提高了压缩机效率，COP值高。使用寿命可达9.5万小时而不需更换，使得整机的使用年限可达25年之久。通过滑阀进行能量控制，可以使制冷量在10%～100%范围内无级调节，在部分工况下效率更高。

图4-30克莱门特螺杆式热泵参数

4.13.4克莱门特水冷高效螺杆机组与水冷单缎压缩离心机组的综合比较

表4-17水冷高效螺杆机组与水冷单级压缩离心机组的综合比较

4.14供水对IDC可靠性制约和中水利用问题

对于T4高等级数据中心机房设计标准，从设计理念上，要求数据中心的冷却系统采用2N独立冷源的形式(T4标准要求采用两路独立供电电源，双路独立冷源完全在线运行)。但相当一部分IDC由于受到场地限制，很难做到独立两路供水厂供水，这样，有些T4数据中心尽管在配电上有两路输入供电，另加发电机和UPS，达到四路供电，但水源方面却成为瓶颈，造成一些伪T4的数据中心，给整体系统可靠性帯来危害。在欧洲，由于水源单一问题，已经造成相当部分数据中心断水而导致空调宕机，整体机房在5min内温度高达60℃以上。对高等级数据中心而言，可靠性是第一位的，我们不赞成单路供水或修建蓄水池(管路和阀门同样存在单点故障)，在欧洲，我们鼓励大型IDC修建在水源充足的地区，如利用自然湖泊作为应急。我们欣喜看到，欧洲大型IDC逐步转移到北欧较为冷地区，这为采取风冷自然冷却方案提供良好基础。作为自然风，取之不尽，尤其利用自然冷却，更提高PUE节能指标。风冷机组由于采用模块多台运行，杜绝了单点故障，2N状态下，可以允许N台设备同时故障，而不会导致整体系统停机。可靠性有了根本保证。这类方案最适宜缺水和单一水源并要求极高可靠性的数据中心要求。涉及中水利用，也需要考虑到以下一些问题：

1、中水是否单一和独立冷源问题

由于污水处理厂提供的中水来源于当地生活污水的收集处理，么中水的来源和当地自来水的供应来源是同一源头上下游的关系，即如当地自来水供应出现变化或者出现紧急状况，其污水处理厂提供的中水也会将随之变化，即污水的水源也就中断了，实际上两套冷源的冷却水源头为一路，难满足数据机房T4的双路完全独立冷源同时在线运行的设计要求。

2.还是存在单故障点

相比冷冻水系统的封闭运行，冷却水系统是开放式的运行，如果系统的所有制冷机组全部采用这种运行方式，一旦冷却水系统的外部配套出现问题，则没有任何的补救措施。

3.中水用于数据机房冷却水的水质问题以及对制冷系统的影晌

由于数据机房的特殊性质，要求机房冷却系统可靠高效，如果全部采用水冷的冷源方案：冷却水系统的补水量非常可观。制冷系统一般采用自来水做冷却水时，需要对其进行物理过滤和电子除垢后进入制冷系统中进行工作冷却水经过水冷制冷机组换热器后，水温会升高，制冷机组冷凝器和相应的冷却塔、水泵及水路管路系统必然会出现杂质沉淀和结垢现象，影响制冷机组的效率和制冷系统的稳定性a运行一段时间后，需要对制冷主机和整个冷却系统定期清洗。但如果采用中水，中水内的矿物质和其他杂质的含量和浓度明显高于自来水，尤其藻类和细菌含量，么相应的未知因素很多；可能会对制冷系统的可靠性有较大影响。到目前为止，数据中心行业中还没有大规模采用中水作为冷却水的成功案例和实际使用经验。 污水处理厂提供的中水的水质等级；一级标准中的B级标准。经过査阅现行的国家标准：《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中相关内容：(以下为国标内容原文摘抄)

(4.1.2标准分级)

根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的处理工艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。

(4.1.2.1)一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准。

(4.1.2.2)城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水城时，执行一级标准的A标准，排入GB3838地表水川类功能水城(划定的饮用水源保护区和游泳区除外)、GB3097海水二类功能水城时，执行一级标准的B标准。

从上述内容可知中水回用的基本要求为一级标准的A标准污水处理厂提供的一级标准的B标准的中水如果不加深入处理，未达到一级标准的A标准是从国家环保规范上不允许回用的。需要专门建立设置专门中水处理站进行处理，增大运维量和今后运行费用，具体工程实施中的技术要求和投入以及运行费用需要慎重详细认证。同时并需通过国家环保部门做专项评审。

4.采用中水作为数据机房冷却对数据中心环境的影响

一般情况下冷却塔在对外散热中，冷却水温为20℃以上，夏季更是持续在30℃左右的恒定温度下，非常适合细菌、真菌等菌类生长，由于散热时的冷却水不断蒸发(此为一个类似淮缩的过程)，水中的矿物质，营养物质不断浓缩，更容易滋生细菌目前实际使用中，用户即使用自来水作为冷却水时，也需要经过对冷却水系统进行投药杀菌的处理，即使是经过处理的达到饮用级别的自来水作为冷却水，也有出现军团菌扩敞从而影响当地人员工作和生活现象。如采用中水作为冷却水(即使中水达到国标回用的一级标准的A标准)，由于中水水质的特点，本身就富含营养物质，及各种菌类，极易滋生有害菌，并随着冷却水的蒸发和飘散，将可能出现局部卫生污染，影响当地的环境和人员健康，常年的持续运行有可能造成机房附近区域突发疫情的风险。大型IDC由于制冷系统的全年连续工作，冷却水的补充量非常

大。如采用中水作为冷却水或者冷却补水来源，除了以上的3条主要制约因素，污水处理厂的水源稳定性以及附加另行处理装置的可靠性均给项目带来了一些不确定因素。加之数据中心行业未有采用中水作为冷却系统的大规模成熟使用经验，采用中水作为冷却系统的方案还需慎重考量！

5.中水利用问题

中水来源主要为生活废水和工业废水两大类i据污染物的化学类别又可分无机废水与有机废水。主要有：

1)未经处理而排放的工业废水， 2)未经处理而排放的生活污水S

3)大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水;

4)堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾，医院废水，其水质三大污染源主要由人类活动产生的污染物而造成的，它包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。 这些污染源具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。生活污染源主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫等，致病细菌多。据调査，北京卫生局曾对中水进行检测，测出的化学污染物有2221种之多，其中有些确认为致癌物或促癌物。从中水的标准看，受到中水价格偏低，应用单一，只作为绿化，所以处理标准在我国尚处于较低水平，目前仅能采用沉淀、过滤、加氯消毒等方法，水加氯可杀除一部分病菌，同时也会产生较多的卤代烃化合物，这些含氯有机物的含量成倍增加，是引起人类患各种胃肠癌的最大根源。

目前，城市污染的成分十分复杂，受污染的水域中除重金属外，还含有多农药、化肥、洗涤剂等有害残留物中水污染影响工业生产、增大设备腐蚀、影响产品质量，至使生产不能进行下去。中水在工业应用中，尽量应该远离人群区域，在欧盟制定了严格应用标准，在冷却使用中水不得在城市中心。如果人群长期在中水蒸发环境，并进入人体，有可能人体吸入中东里可能含有的大量重金属，如砷、铬、铵类、苯并(a)茈等，还可诱发癌症。被寄生虫、病毒或其他致病菌污染的水，会引起多种传染病和寄生虫病。重金属污染的水，对人的健康均有危害。被锅污染的水、食物，人饮食后，会造成肾、骨豁病变，摄入硫酸福20毫克，就会造成死亡。铅造成的中毒，引起贫血，神经错乱。六价铬有很大毒性，引起皮肤渍癌，还有致癌作用。而且含砷的水，会发生急性或慢性中毒。砷使许多酶受到抑制或失去活性，造成机体代谢障碍，皮肤角质化，引发皮肤癌。有机磷农药会造成神经中毒，有机氯农药会在脂肪中蓄积，对人和动物的内分泌、免疫功能、生殖机能均造成危害。烃多数具有致癌作用。氰化物也是剧毒物质，进入血液后，与细胞的色素氧化酶结合，使呼吸中断，造成呼吸衰竭窒息死亡。我们知道，世界上80yo的疾病与水有关。伤寒、霍乱、胃肠炎、痢疾、传染性肝类是人类五大疾病，均由水的不洁引起。在美国，制定了公共环境卫生标准，也对中水利用的再处理标准、检测标准、应用场合、城市位置均有严格规定。在中国，不少单位在中水工业冷却利用上存在错误，相当部分单位在人群区域长期使用，而作为绿化为主要用途则可以被提倡，因为绿化流水属于非频繁使用，不会造成公共卫生环境二次污染。另外在管路上，中水与自来水不能进入一套管道，有些钢厂冷却水拿中水为主用，自来水为备用，一

旦中水缺水，则自来水接人相同冷却设备，这种接法，一旦自来水故障，中水有可能通过管路，反送回自来水管路，并造成自来水污染。这一点是要注意的。

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