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机房空调与气流组织

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解決方案
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機房空調與氣流組織—————————————————————————————————————————————————————————

機房空調特點

 

摘要:精密空調系統的設計是為了進行精確的溫度和濕度控制,精密空調系統具有高可靠性,保證系統終年連續運行,并且具有可維修性、組裝靈活性和冗余性,可以保證數據機房四季空調正常運行。

 

 

一、機房為什么需要精密空調

 

在許多重要的工作中信息處理是不可或缺的一個環節,因此,公司的正常運轉離不開恒溫恒濕的數據機房。IT硬件產生不尋常的集中熱負荷,同時對溫度或濕度的變化又非常敏感。溫度或濕度的波動可能會產生一些問題,例如,處理時出現亂碼,嚴重時甚至系統徹底停機。這會給公司帶來巨大的損失,具體數額取決于系統中斷時間以及所損失數據和時間的價值。標準舒適型空調的設計并非為了處理數據機房的熱負荷集中和熱負荷組成,也不是為了向這些應用提供所需的精確的溫度和濕度設定點。精密空調系統的設計是為了進行精確的溫度和濕度控制,精密空調系統具有高可靠性,保證系統終年連續運行,并且具有可維修性、組裝靈活性和冗余性,可以保證數據機房四季空調正常運行。
(一)機房溫度和濕度設計條件
    保持溫度和濕度設計條件對于數據機房的平穩運行至關重要。設計條件應在22℃~24℃(72℉~75℉)和35%~50%的相對濕度(R.H.)。與環境條件不合適可能造成損壞一樣,溫度的快速波動也可能會對硬件運行產生負面影響,這就是即便硬件末在處理數據也要使其保持運行狀態的一個原因。相反,舒適型空調系統的設計只是為了在夏天35℃(95℉)的氣溫和48%R.H.的外界條件下,使室內的溫度和濕度分別保持27℃(80℉)和50%R.H.的水平。相對而言,舒適空調沒有專用的加濕及控制系統,簡單的控制器無法保持溫度所需的設定點(23士2℃),因此,可能會出現高溫、高濕而導致環境溫濕度較大范圍的波動。
(二)機房環境不適合所造成的問題
    如果數據機房的環境不適合,將對數據處理和存儲工作產生負面影響,可能使數據運行出錯、宕機,甚至使系統故障頻繁而徹底關機。
1.高溫和低溫
高溫、低溫或溫度快速波動都有可能會破壞數據處理并關閉整個系統。溫度波動可能會改變電子芯片和其它板卡元件的電子和物理特性,造成運行出錯或故障。這些問題可能是暫時的,也可能會持續多天。即使是暫時的問題,也可能很難診斷和解決。
2.高濕度
高濕度可能會造成磁帶物理變形、磁盤劃傷、機架結露、紙張粘連、MOS電路擊穿等故障發生。
3.低濕度
低濕度不僅產生靜電,同時還加大了靜電的釋放,此類靜電釋放將會導致系統運行不穩定甚至數據出錯。
(三)機房專用空調與普通舒適空調的區別
    計算機機房對溫度、濕度及潔凈度均有較嚴格的要求,因此,計算機機房專用空調在設計上與傳統的舒適性空調有著很大區別,表現在以下5個方面:
1,傳統的舒適性空調主要是針對于人員設計,送風量小,送風焓差大,降溫和除濕同時進行;而機房內顯熱量占全部熱量的90%以上,它包括設備本身發熱、照明發熱量、通過墻壁、天花、窗戶、地板的導熱量,以及陽光輻射熱,通過縫隙的滲透風和新風熱量等。這些發熱量產生的濕量很小,因此采用舒適性空調勢必造成機房內相對濕度過低,而使設備內部電路元器件表面積累靜電,產生放電從而損壞設備、干擾數據傳輸和存儲。同時,由于制冷量的(40%~60%)消耗在除濕上,使得實際冷卻設備的冷量減少很多,大大增加了能量的消耗。
機房專用空調在設計上采用嚴格控制蒸發器內蒸發壓力,增大送風量使蒸發器表面溫度高于空氣露點溫度而不除濕,產生的冷量全部用來降溫,提高了工作效率,降低了濕量損失(送風量大,送風焓差減小)。
2,舒適性空調風量小,風速低,只能在送風方向局部氣流循環,不能在機房形成整體的氣流循環,機房冷卻不均勻,使得機房內存在區域溫差,送風方向區域溫度低,其他區域溫度高,發熱設備因擺放位置不同而產生局部熱量積累,導致設備過熱損壞。
而機房專用空調送風量大,機房換氣次數高(通常在30~60次/小時),整個機房內能形成整體的氣流循環,使機房內的所有設備均能平均得到冷卻。
3,傳統的舒適性空調,由于送風量小,換氣次數少,機房內空氣不能保證有足夠高的流速將塵埃帶回到過濾器上,而在機房設備內部產生沉積,對設備本身產生不良影響。且一般舒適性空調機組的過濾性能較差,不能滿足計算機的凈化要求。
采用機房專用空調送風量大,空氣循環好,同時因具有專用的空氣過濾器,能及時高效的濾掉空氣中的塵挨,保持機房的潔凈度。
4,因大多數機房內的電子設備均是連續運行的,工作時間長,因此要求機房專用空調在設計上可大負荷常年連續運轉,并要保持極高的可靠性。舒適性空調較難滿足要求,尤其是在冬季,計算機機房因其密封性好而發熱設備又多,仍需空調機組正常制冷工作,此時,一般舒適性空調由于室外冷凝壓力過低已很難正常工作,機房專用空調通過可控的室外冷凝器,仍能正常保證制冷循環工作。
5,機房專用空調一般還配備了專用加濕系統,高效率的除濕系統及電加熱補償系統,通過微處理器,根據各傳感器返饋回來的數據能夠精確的控制機房內的溫度和濕度,而舒適性空調一般不配備加濕系統,只能控制溫度且精度較低,濕度則較難控制,不能滿足機房設備的需要。
綜上所述,機房專用空調與舒適型空調在產品設計方面存在顯著差別,二者為不同的目的而設計,無法互換使用。計算機機房內必須使用機房專用空調。目前,國內許多行業,如金融、郵電通信、電視臺、石油勘探、印刷、科研、電力等已經廣泛采用,提高了機房內計算機、網絡、通信系統的可靠性和運行的經濟性。

二、機房空調的特點

(一)顯熱量大

機房內安裝的主機及外設、服務器、交換機、光端機等計算機設備以及動力保障設備,如UPS電源,均會以傳熱、對流、輻射的方式向機房內散發熱量,這些熱量僅造成機房內溫度的升高,屬于顯熱。一個服務器機柜散熱量在每小時幾千瓦到十幾千瓦,如果是安裝刀片式服務器,散熱量會高一些。大中型計算機房設備散熱量在400W/m2左右,裝機密度較高的數據中心可能會到600W/m2以上。機房內顯熱比可高達95%。

(二)潛熱量小

不改變機房內的溫度,而只改變機房內空氣含濕量,這部分熱量稱為潛熱。機房內沒有散濕設備,潛熱主要來自工作人員及室外空氣,而大中型計算機機房一般采用人機分離的管理模式,機房圍護結構密封較好,新風一般也是經過溫濕度預處理后進人機房,所以機房潛熱量較小。
(三)風量大、焓差小

設備的熱量是通過傳導、輻射的方式傳遞到機房內,設備密集的區域發熱量集中,為使機房內各區域溫濕度均勻,而且控制在允許的基數及波動范圍內,就需要有較大的風量將余熱量帶走。另外,機房內潛熱量較少,一般不需要除濕,空氣經過空調機蒸發器時不需要降至零點溫度以下,所以送風溫差及焓差要求較小,為將機房內余熱帶走,就需要較大送風量。
(四)不間斷運行、常年制冷

機房內設備散熱屬于穩態熱源,全年不間斷運行,這就需要有一套不間斷的空調保障系統,在空調設備的電源供給方面也有較高的要求,不僅需要有雙路市電互投,而且對于保障重要計算機設備的空調系統還應有發電機組做后備電源。長期穩態熱源造成即便在冬季機房內也需要制冷,尤其是在南方地區,更為突出。在北方地區,如果冬季仍需制冷,在選擇空調機組時,需要考慮機組的冷凝壓力和其他相關問題,另外可增加室外冷空氣進風比例,以達到節能的目的。
(五)送回風方式較多

空調房間的送風方式取決于房間內熱量的發源及分布特點,針對機房內設備密集式排列,線纜、橋架較多以及走線方式等特點,空調的送風方式分為下送上回、上送上回、上送側回、側送側回。
(六)靜壓箱送風

機房內空調送回風通常不采用管道,而是利用高架地板下部或天花板上部的空間作為靜壓箱送回風,靜壓箱內形成的穩壓層可使送風均勻,使空間內各點靜壓相等。
(七)潔凈度要求高

電子計算機機房有嚴格的空氣潔凈度要求。空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等會嚴重損壞電子元器件的壽命,弓起接觸不良和短路等,因此要求機房專用空調能按相關標準對流通空氣進行除塵、過濾。另外,要向機房內補充新風,保持機房內的正壓。根據《電子計算機機房設計規范》規定,主機房內的空氣含塵濃度,在靜態條件下測試,每升空氣中大于或等于0.5m的塵粒數,應小于18000粒。主機房與其他房間、走廊間壓差不應小于4.9Pa,與室外靜壓差不應小于9.8Pa。

三、機房建筑與空調的關系
(一)機房樓層的選擇和空調的關系

機房的樓層最好選擇在大樓的二、三層,因為每一臺精密空調都有一臺室外機組(冷凝器),機房安裝的環境往往直接影晌到精密空調的制冷效果,因此對于精密空調外機的安裝也需予以必要的考慮,一般精密空調外機多安裝于裙樓頂層或大樓頂層的平臺等通風散熱比較好的地方,而其與內機的距離則一般為外機往上12M(約3層樓),往下4M(約1層樓)。距離太長效果則差,因此在樓層選擇方面對此也需給予充分的考慮。
(二)機房圍護結構與節能

建筑節能主要從兩方面進行:一是提高建筑物供暖、空調設備的效率以及改進運行管理方式;二是改善建筑物圍護結構的熱工性能,增強建筑物自身的隔熱、防熱能力,降低室外氣候對室內環境產生的不利影響,減少建筑物的供暖空調負荷。從節能角度出發,建筑物的窗墻比即指窗戶洞口面積與房間立面單元面積(含窗洞面積)的比值,必須受到一定限制。GB50176一1993《民用建筑熱工設計規范》規定:當建筑物外部窗戶采用單層窗時,窗墻比不宜超過0.3,當采用雙層窗或者單框雙層玻璃時,窗墻比不應大于0.4。

在選擇機房場地時,主機房的房間宜盡量減少外墻和外窗,如不可避免時,盡量將機房設在北側,也可將有外窗一側設置內部通道或者將外窗封閉。機房的外墻、相鄰的非空調房間或溫差較大的空調房間的內墻、樓板、頂棚應采用保溫材料做絕熱措施,避免在機房的另一側產生結露現象。
(三)機房建筑平面與機房空調

機房的建筑平面和空間布局應具有適當的靈活性,主機房的主體結構宜采用大開間大跨度的柱網,可以提高機房的使用率,空調氣流通暢。

1.空調系統化分原則

機房在平面布局上一般包括主機房、基本工作間、第一類輔助房間、第二類輔助房間、第三類輔助房間,空調系統化分時要遵循以下原則:

(1)能保證室內要求的參數。即在設計條件和工作條件下均能保證達到室內溫度、相對濕度、凈化的要求。

(2)對環境溫濕度、潔凈度工作時間要求一致的房間集中布置。

(3)初投資和運行費用綜合起來較為經濟。

(4)便于管理且維護簡單。

(5)盡量減少一個系統內的各房間相互的不利影響。

(6)要盡量減少送風距離。

2.機房平面布局與空調系統

(1)機房分布在同一樓層。中小型計算機機房,主機房、基本工作間與輔助房間一般設置在建筑物的一個樓層。主機房的各個房間,如主機及外設室、網絡機房、磁帶機房宜集中布置,采用機房專用空調系統,專用空調機組宜布置在相鄰的房間內并且靠近給排水接點。基本工作間、輔助房間采用舒適性空調系統,可利用建筑物原有中央空調或者根據功能房間的需要采用獨立的舒適性空調系統。

(2)機房分布在一個建筑物多層或一個建筑群。大型計算機機房,規模較大,根據數據處理業務類別不同,一般分布在一個建筑物多層,或者一個建筑群中。在機房布局時,宜將主機房設置在一個建筑物的較低樓層,采用機房專用空調系統,分層設置空調區,各層專用空調機組宜安裝在建筑物的同一側,便于冷媒管、給排水干管統一安裝。基本工作間和輔助房間可根據與主機房的關系分布在其他樓層或其他建筑物中,采用建筑物中央空調或獨立的舒適性空調系統。
(四)機房建筑空間與機房空調

機房建筑空間上應滿足特殊氣流組織形式的要求,機房凈高(高架地板距天花板高度),應按機柜高度、線槽走線形式、通風要求確定,宜為2.4~3.0m。如果采用下送風上回風方式,高架地板下高度宜在350mm以上,天花板距主梁的高度宜在300mm以上,同時可以敷設各類管線。如室內回風,也宜留有一定的空間,根據美國2005年4月發布的TIA942《數據中心通信基礎架構標準》中規定:大中型數據中心機房天花板距最高設備頂部宜留有460~600mm空間;如果采用上送風方式,則高架地板下只需滿足線槽安裝即可,適用于層高較低機房。

機房空調的負荷計算

一、機房得熱量及冷負荷
(一)機房得熱量

在室內外熱、濕擾量作用下,某一時刻進入一個空調房間的總熱量和濕量稱為在該時刻的得熱量和得濕量。如果得熱量為負值時稱為耗熱量。根據性質不同,得熱量又分為顯熱和潛熱,而顯熱又包括對流熱和輻射熱兩種成分。
1.機房顯熱量來源
(1)透過外窗進人室內的太陽輻射熱量。
(2)通過圍護結構傳人室內的熱量。
(3)設備散熱量。
(4)人體散熱量。
(5)照明散熱量。
(6)新風散熱量。
2.機房潛熱量來源
(1)工作人員人體散熱量。
(2)滲透空氣及新風換氣散熱量。
(二)機房冷負荷

在某一時刻為保持房間具有穩定的溫度、濕度,需要向房間空氣中供應的冷量稱為冷負荷。相反,為補償房間失熱量而需向房間供應的熱量稱為熱負荷。為維持室內相對濕度所需由房間除去或增加的濕量稱為濕負荷。
冷負荷與得熱量在數量上有時相等,有時則不等。圍護結構熱工特性及得熱量的類型決定了得熱和負荷的關系。在瞬時得熱中的潛熱得熱及顯熱得熱中的對流成分是直接散放到房間空氣中的熱量,它們立即構成瞬時負荷。機房內計算機的散熱則大部分構成瞬時負荷,例如CPU散熱片與CPU表面直接接觸,CPU表面的熱量通過熱傳導傳遞給CPU散熱片,散熱風扇產生氣流通過熱對流將CPU散熱片表面的熱量帶走i而機箱內空氣的流動也是通過熱對流將CPU散熱片周圍空氣的熱量帶走,直到機箱外。而顯熱得熱中的輻射成分,如外窗的瞬時日射得熱及照明輻射熱,不能立即構成瞬時冷負荷,因為鐳射熱透過空氣被室內各種物體的表面所吸收和儲存,這些物體的溫度會升高,一旦其表面溫度高于室內空氣溫度時,它們又以對流方式將儲存的熱量散發給空氣。

二、如何計算恒溫恒濕機房內所需的冷量

為了確定空調機的容量,以滿足機房溫度、濕度、潔凈度和送風速度的要求(簡稱四度要求)。必須首先計算機房的熱負荷。

機房的熱負荷主要來自兩個方面:

其一是機房內部產生的熱量,它包括:室內計算機及外部設備的發熱量,機房輔助設施和機房設備的發熱量(電熱、蒸氣水溫及其它發熱體)。這些發熱量顯熱大、潛熱小;照明發熱(顯熱);工作人員的發熱(顯熱小、潛熱大);由于水分蒸發、凝結產生的熱量(潛熱)。

其二是機房外部產生的熱量,它包括:
傳導熱。通過建筑物本體侵入的熱量,如從墻壁、屋頂、隔斷和地面傳入機房的熱量(顯熱);放射熱(也稱輻射熱)。由于太陽照射從玻璃窗直接進入房間的熱量(顯熱);對流產生的熱量。從門窗等縫隙侵入的高溫室外空氣(也包含水蒸氣)所產生的熱量(顯熱、潛熱);

為了使室內工作人員減少疲勞和有利于人體健康而引入的新鮮空氣所產生的熱量(包括顯熱和潛熱)。
總之,人體放出的熱量、縫隙風侵入的熱量和換氣帶進的熱量,不僅使室溫升高,也會增加室內的含濕量,因此需要除濕。這部分熱負荷稱為潛熱負荷,而機房內所有設備散發的熱量只是室內的溫度升高,這種熱負荷稱為顯熱負荷。與一般賓館、辦公室、會議室等潛熱占有相當大比例所不同的是,計算機、程控機機房內的熱負荷是以顯熱負荷為主。因此對于熱負荷狀況不同的場合應選用不同類型的空調機。通常用顯熱比(SFH)作為空調機的重要指標。

概略計算(也稱為估算)

在機房初始設計階段,為了較快的選定空調機的容量,可采用此方法,即以單位面積所需冷量進行估算。

計算機房(包括程控交換機房):

樓層較高時,250~300kcal/m2h

樓層較低時,150~250kcal/m2h(根據設備的密度作適當的增減)

辦公室(值班室):90kcal/m2h

簡易熱負荷計算

計算機房空調負荷,主要來自計算機設備、外部設備及機房設備的發熱量,大約占總熱量的80%以上,其次是照明熱、傳導熱、輻射熱等,這幾項計算方法與一般空調房間負荷計算相同。計算機制造商,一般能提供設備發熱量的具體數值。否則根據計算機的耗電量計算其發熱量。
a.外部設備發熱量計算

Q=860N¢(kcal/h)

式中:N:用電量(kW);¢:同時使用系數(0.2~0.5);860:功的熱當量,即lkW電能全部轉化為熱能所產生的熱量。
b.主機發熱量計算Q=860×P×h1×h2×h3

式中,P:總功率(kW);

h1:同時使用系數;

h2:利用系數;

h3:負荷工作均勻系數。

機房內各種設備的總功率,應以機房內設備的最大功耗為準,但這些功耗并未全部轉換成熱量,因此,必須用以上三種系數來修正,這些系數又與計算機的系統結構、功能、用途、工作狀態及所用電子元件有關。總系數一般取0.6~0.8之間為好
c.照明設備熱負荷計算

機房照明設備的耗電量,一部分變成光,一部分變成熱。變成光的部分也因被建筑物和設備等所吸收而變成熱。照明設備的熱負荷計算如下:

Q=C×Pkcal/h式中,

P:照明設備的標稱額定輸出功率(W);

C:每輸出lW的熱量(kcal/hW),通常自熾燈0.86,日光燈1.0。
d.人體發熱量

人體內的熱是通過皮膚和呼吸器官放出來的,這種熱因含有水蒸汽,其熱負荷應是顯熱和潛熱負荷之和。

人體發出的熱隨工作狀態而異。機房中工作人員可按輕體力工作處理。當室溫為24℃時,其顯熱負荷為56cal,潛熱負荷為46cal;當室溫為21℃時,其顯熱負荷為65cal,潛熱負荷為37ca1。在兩種情況下,其總熱負荷均為102cal。
e.圍護結構的傳導熱

通過機房屋頂、墻壁、隔斷等圍護結構進入機房的傳導熱是一個與季節、時間、地理位置和太陽的照射角度等有關的量。因此,要準確地求出這樣的量是很復雜的問題。

當室內外空氣溫度保持一定的穩定狀態時,由平面形狀墻壁傳入機房的熱量可按下式計算:

Q=KF(t1-t2)kcal/h式中,

K:圍護結構的導熱系數(kcal/m2h℃);

F:圍護結構面積(m2);

t1:機房內溫度(℃);

t2:機房外的計算溫度(℃)。

當計算不與室外空氣直接接觸的圍護結構如隔斷等時,室內外計算溫度差應乘以修正系數,其值通常取0.4~0.7。常用材料導熱系數如下表所示:

材料導熱系數(kcal/m2h℃)材料導熱系數(kcal/m2h℃)

普通混凝土1.4~1.5  石膏板0.2

輕型混凝土0.5~0.7  石棉水泥板1

砂漿1.3  軟質纖維板0.15

熟石膏0.5  玻璃纖維0.03

磚1.1  鍍鋅鋼板38

玻璃0.7  鋁板180

木材0.1~0.25
f.從玻璃透入的太陽輻射熱

當玻璃受陽光照射時,一部分被反射、一部分被玻璃吸收,剩下透過玻璃射入機房轉化為熱。被玻璃吸收的熱使玻璃溫度升高,其中一部分通過對流進入機房也成為熱負荷。

透過玻璃進入室內的熱量可按下式計算:

Q=KFq(kcal/h)

式中,K:太陽輻射熱的透入系數;

F:玻璃窗的面積(m2);

q:透過玻璃窗進入的太陽輻射熱強度(kcal/m2h)。

透入系數K值取決于窗戶的種類,通常取0.36~0.4。
太陽輻射熱強度q隨緯度、季節和時間而不同,又隨太陽照射角度而變化。具體數值請參考當地氣象資料。
g.換氣及室外侵入的熱負荷

為了給在計算機房內工作人員不斷補充新鮮空氣,以及用換氣來維持機房的正壓,需要通過空調設備的新風口向機房送入室外的新鮮空氣,這些新鮮空氣也將成為熱負荷。通過門、窗縫隙和開關而侵入的室外空氣量,隨機房的密封程度,人的出入次數和室外的風速而改變。這種熱負荷通常都很小,如需要,可將其拆算為房間的換氣量來確定熱負荷。
h.其它熱負荷

在機房中,除上述熱負荷外,在工作中使用示被器、電烙鐵、吸塵器等都將成為熱負荷。由于這些設備的功耗一般都較小,可粗略按其額定輸入功率與功的熱當量之積來計算。此外,機房內使用大量的傳輸電纜,也是發熱體。其計算如下:

Q=860Pl(kcal/h)

式中,860:功的熱當量(kca1/h);

P:每米電纜的功耗(W);l:電纜的長度(m)。

總之,機房熱負荷應由上述a—h各項熱負荷之和來確定。

機房氣流組織
    大中型數據中心機房的電子設備密集布放,總冷負荷比較大,每平方米大約在300~600W,有的甚至更高,其中設備冷負荷占到80%以上。針對于機房的余熱量大、發熱源集中的特點,就需要有合理的氣流組織的分配和分布,有效地將機房內的余熱消除,保證電子設備對環境溫濕度、潔凈度、送風速度以及人員對舒適度的需要。

一、氣流組織確定
    機房的氣流組織形式有下送上回、上送側回(下回)方式,氣流組織形式的確定要考慮以下幾個方面:
    (1)首先要依據設備冷卻方式、安裝方式,如設備或機柜自帶冷卻風扇或冷卻盤管,目前較常見的設備和機柜的冷卻方式都是從前面進風,后面域上部出風。
    (2)冷量的高效利用。使散熱設備在冷空氣的射流范圍內。
    (3)機房建筑結構、平面布局。機房各個系統的建設要依托于建筑環境中,也受到這些因素的制約,如建筑層高、形狀、面積等。
二、氣流組織形式
(一)下送上回方式

下送上回方式是大中型數據中心機房常用的方式,空調機組送出的低溫空氣迅速冷卻設備,利用熱力環流能有效利用冷空氣冷卻效率,因為熱空氣密度小、輕,它會往上升;冷空氣密度大、沉,它會往下降,填補熱空氣上升留下的空缺,形成氣流的循環運動,這就是熱力環流。熱力環流不同于水平流動的風,它是空氣上下垂直的對流運動,冷與熱激發出氣流緩慢的運動。跟風不一樣,風能夠改造局部環境的氣候,而熱力環流是氣流運動的原始動力。利用氣流的原始動力,可以不用設置動力設備,同樣達到最佳的冷卻效果,如圖4-1所示。

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圖4-1 下送上回氣流組織

送風口可安裝在高架活動地板上,也可用高架地板配套的風口板送風(見圖4-2),地板下的空司可作為空調送風靜壓箱。靜壓箱可以減少送風系統動壓、增加靜壓、穩定氣流和減少氣流振動,可使送風效果更加理想。空氣經過地板上安裝的風口板向設備和機柜送風。

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圖4-2

美國2005年4月發布的TIA942《數據申心通信基礎架構標準》中要求機房內計算機設備及機架采用"冷熱通道"的安裝方式。"冷熱通道"的設備布置方式,打破常規,將機柜采用"背靠背、面對面"擺放,這樣在兩排機柜的正面面對通道中間布置冷風出口,形成一個冷空氣區"冷通道",冷空氣流經設備后形成的熱空氣,排放到兩排機柜背面中的"熱通道"中,通過熱通道上方布置的回風口回到空調系統,使整個機房氣流、能量流流動通暢,提高了機房精密空調的利用率,進一步提高制冷效果,如圖4-3所示。

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圖4-3 冷熱通道示意圖

回風口可安裝在天花板上,也可以利用穿孔的鋁天花板回風,它的孔徑不能小于2mm,穿孔面積應在15%以上。回風同樣也是利用天花板與樓板之間的構成的靜壓箱回風。
下送上回風具有以下顯著優點:
(1)有效利用冷源,減少能耗。
(2)機房內整齊、美觀,所有線槽都可暗敷。
(3)便于設備擴容和移位。
采用地板下送風天花板上回風,在設計中需要注意以下問題。
1、保持活動地板下一定的均壓靜壓值

機房內高架活動地板下的空間作為送風庫,通風截面積大,截面豎向間隔有許多活動地板的支架,截面橫向上間隔甚至重疊有許多電纜及通信線纜線槽,所有這些都造成空氣沿送風方向上的壓力損失。在線纜、線槽安裝時應盡量避開空調機組,比較大的線槽方向宜與氣流方向平行安裝。如果送風距離較長,空調機組的機外余壓雖能克服最遠端的阻力損失,但會造成送風近端和遠端有較大的壓差,不利于保持均勻的靜壓值,因此要盡量地控制地板下的送風距離。一般送風距離大于25m時,空調機組宜兩側分別布放。
2、保證高架她板架空高度

大中型電子計算機機房高架地板敷設高度宜在40Omm以上,有條件時應該盡量增加靜壓箱高度,這樣可以保證在安裝了大量線槽、線管后,仍不影響氣流暢通。
3、控制活動地板下送風風速

風口板送風類似于局部孔板送風,要求送風風速小于3m/s,送風均勻。根據機房內設備集中布置的特點,為將局部大量的顯熱量帶走,送風口需集中布置在設備前方進風口,在全壓一定的情況下,這樣會造成靜壓箱局部斷面動壓增大,靜壓減少。另外,由于空調送風量較大,在集中布置的風口附近不宜再設置風口,否則有可能會變成吸風口。為避免這種現象發生,在風口板上宜安裝調節閥,來調整局部的靜壓、動壓值,以達到最佳送風效果。
4、送回風風道凈化處理

灰塵落在電子插件上,會產生塵膜,既影響散熱又影響絕緣效果甚至引起短路。同時灰塵也增加元件表面的熱阻,導致元件過熱而燒毀,所以機房應按A級機房內的塵埃標準設計。地板下和天花板上的送回風風道需做凈化處理,裝飾材料宜選擇不起塵、不吸塵的材料。
5、其他

人員較多的房間不宜采用這種送風方式,因為送風溫度較低,一般低于17℃,從底部送風,工作人員會有不舒適的感覺。
(二)上送側回(下回)方式

上送側回通常是采用全室空調送回風的方式,適用于中小型機房。上送風可分為機房頂迭或緊靠機房頂下的上部側送兩種形式,后者較為常用。由頂部或側上方送風的氣流首先與室內空氣混合,再進入設備或機柜內。機房頂部安裝散流器或孔板風口送風,工作的氣流小且均勻,人有良好的舒適感。但大多數計算機機柜的冷卻的進風口是在下部或前方,排風口在機柜的上部。這樣,頂部的送風氣流先與機柜處上升的熱氣流混合,再進入機柜冷卻設備,影響了機柜的冷卻效果。由于機柜進風溫度偏高,機柜內得不到良好的冷卻效果,必然造成機柜內溫度偏高,導致計算機不能進行工常的工作,如圖4-4和圖4-5所示。

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圖4-4 上送側回氣流組織(上部風帽側送風)

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圖4-5 上送側回氣流組織(風道頂送)

采用上送側回的氣流組織,對于散熱量較大的機房,只有采用較低的送風溫度(13~16℃),來維持機房內溫濕度以及機柜散熱的需要,這樣會造成能源的浪費,而且較低的送風溫度對工作人員也帶來不舒適的感覺。
上送側回方式通常可在建筑層高較低時,機房面積不大時采用,但要保證送回風氣流暢通,不被設備阻擋。空調機組送風出口處宜安裝送風管道或送風帽,如采用管道送風,送風口可使用散流器或百葉風口。回風可通過室內直接回風,如有不同空調房間時,也可采用管道回風,但較少采用地板下回風。

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彌漫式送風方式送風的氣流循環

(三)彌漫式送風方式

有的空調設備生廠商開發了一種新型的送風方式,即彌漫式送風,其制冷原理是依據冷熱空氣的熱力環流進行設備的冷卻。相對于下送風方式,彌漫式送風不需要架空地板,而單位面積的熱負荷可提高10%,同時房間層高降低。這種送風方式適用于小型機房,且送風距離宜控制在l5m。

三、氣流分配系統

很多人不理解氣流分配系統也是數據機房設計的一部分。由于過去機房負載心密度,不正確的氣流分配不會造成嚴重的問題題。然而越來越高密度的負載,開始考驗現在的氣流分配單元,使一些問題逐步顯現出來,例如所有機柜朝向同一方向設計,大多數情況出于美觀的考慮,但實際上耗費了冷量資源和成本,以下介紹有關氣流分配得細節。
送風口與回風口設計機柜內氣流路徑和機柜布局是引導空氣流通改進制冷效果的關鍵因素,但要確保最佳制冷效果,還有一個關鍵因素:送風口與回風口設計。

這些通風口的位置不當會使冷空氣在到達設備前與熱空氣混合,從而引發上述各種效率問題和額外成本。送風口或回風口位置不當的情況很常見,幾乎會抵消所有冷熱通道設計的優勢。

送風口設計的關鍵在于將其置于盡可能接近設備進氣口的位置,將冷空氣限制在冷通道內。對于地板下送風方式的機房,意味著要將打孔地板放置于冷通道內。上送風與下送風系統一樣有效,但關鍵還是要將回風口設置于冷通道的上部,而且這些通風口的設計必須能引導空氣向下進入冷通道(而不是橫向擴散)。在上送風系統與下送風系統中,任何通風口若位于不運行設備的區域,均應暫時關閉。因為這些通風口會阻止回風進入制冷系統,從而降低濕度。

回風口設計的關鍵在于將其置于盡可能接近設備排氣口的位置,并從熱通道收集熱空氣。在有條件的情況下,可以便用架空吊頂回風,這樣回風口便可以輕松與熱通道進行協調工作。當使用高敞開式整體回風天花板時,最好是將制冷系統的進風口盡可能地調高,并用管道連接熱通道上方的回風口,以協調進風口與熱通道。即便只有少數幾個回風口與熱通道協調的簡單回風系統也比房間側面的單一大型回風口效果要好。

對于沒有活動地板或管道系統的小房間,上送風系統與下送風系統通常位于墻角或墻邊。在這些情況下,很難協調冷空氣的輸送和熱空氣的回風。通過以下方法可能會提高這些系統的效率。對于上送風設備,將其置于熱通道的一端,并通過管道將冷空氣送至盡可能遠離制冷設備的冷通道。

對于下送風設備,將其置于冷通道的一端,并添加吊頂強制通風口或懸掛管道回風口,回風口位于熱通道上方。一項關于回風位置不當的調查顯示,根本原因主要是:個人感覺一些通道冷一些通道熱,并認為這種情況不正常,試圖通過將冷空氣出風口移動到熱通道并將熱空氣出風口移動到冷通道來加以調整。設計合理的機房旨在達到最佳工作狀態,即冷熱空氣分離,但人們通常認為這是一種缺陷,他們會采取一些措施來混合空氣,因而降低了系統效率并增加了成本。總結了送風口與回風口設計缺陷及解決方案。

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