高功率密度数据中心空调系统设计
2014/10/28 12:27:01一、项目背景：
随着IT技术的不断发展高功率密度机架应运而生。这些高功率密度机架却引发了单位面积的发热量急剧上升的问题，如何设计空调系统解决高功率密度机房的散热问题成为设计的难点。
二、项目思路：
针对数据中心不同功率密度的机柜采用不同的空调形式，到达“安全可靠”，“经济节能”的效果。本文以某大型数据中心为例，概述高热密度数据中心的空调系统设计。
三、项目成果：
该数据中心共包含两百多个个单台热功率为125kW的定制机柜和几十个单台热功耗为10kW的标准机柜及其他机柜，整个计算中心总冷负荷为高达3万多千瓦。空调系统设计如下：
1、空调系统冷热源选择
该计算中心机房冷却系统采用“区域供冷”冷源，所需的冷冻水由所在地区区域供冷系统的两个冷冻站供应。冷源安全性好、运行经济性高。两个冷冻站各自独立的管网可互为备份，保障冷冻水的有效供应。
2、空调系统末端设备设计
该计算中心机房冷却系统采用三种规格的空调末端设备。定制机柜采用侧送侧回风行间空调，标准机柜采用前后通风行间空调，托管的服务器、网络设备、电源设备采用冷冻水型机房精密空调。
（1）定制机柜空调设备及冷冻水安装方式
定制机柜单机柜最大热功耗约125kW，若采用恒温恒湿风柜下送风的空调方式已经不能满足机柜的散热。由于机柜采用双面对插刀片式组装结构，左右通风，采用冷冻水型行间空调设备靠近机柜安装就近送风制冷，定制机柜与列式空调设备构成一个封闭循环的冷却结构。所以冷冻水管道必须进入计算机房，在活动地板下面安装，活动地板不作为送风通道使用。
考虑到安全余量及实际运行制冷能力衰退等因素，单机柜空调热负荷按150KW设计，1个定制机柜配2台制冷量75kW的行间空调。1个或多个定制机柜与行间空调设备构成一组，冷却空气在组内封闭循环。图1为3个机柜一组的封闭循环冷却结构示意图。
图1定制机柜组循环冷却结构示意图
（2）标准机柜空调设备配置
标准机柜采用常规机箱式组装结构，前后通风。采用冷冻水型行间空调设备散热。单台机柜热功耗在10kW左右，行间空调设备制冷量在25kW左右，两个标准机柜共用1台行间空调设备，冷却结构如图2所示。
图2标准机柜冷却结构示意图
（3）机房精密空调设备配置
托管服务器、网络设备、电源设备采用前后通风的散热结构，为了提高部署的灵活性，这部分设备采用常规的冷冻水型机房精密空调设备，活动地板下送风；冷却方式如图3所示。
图3机房精密空调冷却示意图
3、气流组织设计
选择合理的气流组织是本工程空调设计的难点。机房的气流组织方式主要有上送下回和下送上回两种方式：
（1）上送下回式
送风气流通过机器和工作区带走室内余热，由机器下部回风。在每两列机架间均设置送风道，开设送风口，在发热量大的设备附近增大风量，增加风口设置。
（2）下送上回式
空调机把风送入作为静压箱的活动地板夹层，由地板下送入机柜直接冷却，机柜出风直接经机房上部进入作为回风静压箱的吊顶内回至空调机。地板下的楼层面做保温、防尘和防空调结露水处理。
4、其他安全保障措施
通过设置板式热交换器换热，提供高于机房室内露点温度的冷冻水，保证水系统可靠安全运行。循环水泵采用变频调节，在冷冻水系统回水总管设流量传感器，各系统最不利环路安装压差传感器，根据流量及压差信号控制水泵运行台数及运行频率，保证水系统安全。所有空调水系统管道均设环路，以保证空调系统不间断运行。
四、客户价值
通过采取一系列的安全保障措施，使得该数据中心的空调系统能够稳定可靠的运行，保障了数据中心的安全，满足了客户需求。同时实现了经济节能的效果，具有良好的经济和社会价值。
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