一、環(huán)境參數(shù)

1 、溫濕度

ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)，電子設(shè)備環(huán)境分為1~4級(jí)及NEBS級(jí)，不同等級(jí)對(duì)應(yīng)不同溫濕度控制范圍。其中1級(jí)（企業(yè)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備）要求最嚴(yán)格，推薦溫度20-25℃，相對(duì)濕度40%-55%，溫度變化速率≤5K/h。NEBS級(jí)（開關(guān)、傳輸設(shè)備）允許溫度范圍18-27℃，相對(duì)濕度最大55%。我國(guó)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017）則將機(jī)房分為A、B、C三級(jí)，A級(jí)主機(jī)房設(shè)計(jì)溫度23±1℃，相對(duì)濕度45%-65%，與ASHRAE1級(jí)要求基本一致。需注意的是，溫濕度參數(shù)并非“越低越好”，過度追求低溫（如低于20℃）會(huì)導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷增加15%-20%，而合理提升溫度（如23-25℃）可減少制冷能耗，同時(shí)不影響設(shè)備壽命—現(xiàn)代服務(wù)器設(shè)計(jì)耐受溫度已達(dá)32℃，留有充足安全余量。

2 、潔凈度與新風(fēng)

空氣中的塵粒、腐蝕性氣體是電子設(shè)備的“隱形殺手”。數(shù)據(jù)中心循環(huán)空氣過濾器需達(dá)到MERV11（1級(jí)、2級(jí)）或MERV13（NEBS級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)，過濾效率≥85%（針對(duì)0.3-1μm顆粒）；新風(fēng)需經(jīng)預(yù)處理，去除硫化物、氯化物等腐蝕性氣體，避免印刷電路板金屬薄膜腐蝕。新風(fēng)量設(shè)計(jì)需兼顧“正壓維持”與“能耗控制”。

3、氣流速度與分布

機(jī)柜進(jìn)風(fēng)速度直接影響散熱效率，通常要求冷通道風(fēng)速0.5-1.5m/s，確保冷風(fēng)均勻進(jìn)入機(jī)柜；熱通道風(fēng)速可適當(dāng)提高至1.2-2m/s，加速熱空氣排出。氣流速度需與機(jī)柜散熱需求匹配，一般情況下，10kW機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)量需達(dá)到1800-2000m3/h，若風(fēng)速不足，會(huì)導(dǎo)致機(jī)柜出風(fēng)口溫度超過35℃，觸發(fā)設(shè)備降頻。

二、負(fù)荷特性

1 、負(fù)荷構(gòu)成

一般情況下，數(shù)據(jù)機(jī)房負(fù)荷占數(shù)據(jù)中心總負(fù)荷的75%左右，UPS室占約15%，二者合計(jì)近90%。數(shù)據(jù)中心負(fù)荷以設(shè)備顯熱為主（顯熱比＞0.9），散濕量極?。ㄖ饕獊?lái)自工作人員，每百人散濕量?jī)H1.2kg/h），空調(diào)處理過程可近似為“等濕冷卻”。具體來(lái)看，設(shè)備散熱包括：服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備約占總負(fù)荷60%-75%，散熱集中在機(jī)柜前門（進(jìn)風(fēng)側(cè)）；UPS、電池室約占15%-20%，UPS逆變過程發(fā)熱穩(wěn)定，電池充放電時(shí)散熱量增加30%；照明、其他設(shè)備及工作區(qū)的舒適性空調(diào)負(fù)荷占比＜5%。

2、負(fù)荷特性

與常規(guī)建筑“夏冷冬熱”不同，數(shù)據(jù)中心全年需制冷。一般大型數(shù)據(jù)中心夏季冷負(fù)荷達(dá)到最大，而冬季基本無(wú)熱負(fù)荷，需持續(xù)散熱。即使在北方地區(qū)，冬季機(jī)房仍需制冷，這為“自然冷源利用”提供了可能。另一個(gè)關(guān)鍵特性是“動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)”，一般情況下，數(shù)據(jù)中心設(shè)施壽命20年，但I(xiàn)T設(shè)備每2-5年更換一次，功率密度從初期3kW/機(jī)柜增至后期10kW/機(jī)柜是常態(tài)。因此，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需預(yù)留30%-50%的擴(kuò)容空間，隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量及處理量增長(zhǎng)，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都有后期擴(kuò)容需求。

3、負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算需遵循“按設(shè)備實(shí)際功耗”原則，而非估算。已知設(shè)備參數(shù)時(shí)：按“設(shè)備額定功率*同時(shí)使用系數(shù)（0.7-0.9）”計(jì)算；未知參數(shù)時(shí)：參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，普通機(jī)柜2-5kW，高密度機(jī)柜8-15kW，UPS室按裝機(jī)容量的10%-15%計(jì)算（整流、逆變損耗）。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果需乘以1.1-1.2的安全系數(shù)，應(yīng)對(duì)突發(fā)負(fù)荷（如設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行）和環(huán)境干擾（如夏季極端高溫）等。

三、空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1 、冷源類型

水冷冷水機(jī)組（主要為離心式）：適用于超大型數(shù)據(jù)中心（冷負(fù)荷＞5000kW），優(yōu)勢(shì)是容量大、能效高，缺點(diǎn)是部分負(fù)荷下效率下降，需搭配變頻或者部分磁懸浮冷機(jī)等提高部分負(fù)荷狀態(tài)下的能效。風(fēng)冷熱泵機(jī)組：適用于中小型數(shù)據(jù)中心（冷負(fù)荷＜2000kW）。風(fēng)冷機(jī)組無(wú)需冷卻水系統(tǒng)，安裝便捷，但COP較低（3.0-3.5），且因冬季一般無(wú)制熱需求，相比較舒適性空調(diào)，風(fēng)冷熱泵機(jī)組在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中的適應(yīng)性更好。自然冷源系統(tǒng)：利用室外低溫節(jié)能，在冬季低溫較低的地區(qū)，采用“冷卻塔+板式換熱器”的免費(fèi)冷系統(tǒng)供冷替代機(jī)械制冷，節(jié)能率可達(dá)30%以上。一般情況下，自然冷源利用需在室外溫度＜室內(nèi)回風(fēng)溫度10℃以上的情況下，而中國(guó)北方地區(qū)全年可利用時(shí)間達(dá)4~6個(gè)月，南方地區(qū)則可能只有2~3個(gè)月。

2、 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷水系統(tǒng)采用“一次泵負(fù)荷側(cè)變流量”是目前大型數(shù)據(jù)中心水系統(tǒng)空調(diào)的主流方案。通過變頻水泵調(diào)節(jié)流量，隨負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)調(diào)整，當(dāng)冷負(fù)荷降至50%時(shí)，水泵功耗可降低60%（遵循“流量二次方定律”）。 為確保水力平衡，系統(tǒng)需設(shè)置分、集水器，每個(gè)環(huán)路安裝平衡閥，大型數(shù)據(jù)中心宜采用“同程系統(tǒng)”，減少各末端的水力失調(diào)（溫差≤2℃）；中小型可采用“異程系統(tǒng)”，降低造價(jià)，但需通過平衡閥精確調(diào)試。 同時(shí)水質(zhì)控制也不可忽視，冷凍水PH值一般需保持在7~9之間，硬度＜200ppm（以CaCO?計(jì)），需定期添加緩蝕劑、阻垢劑，避免管道腐蝕和換熱器結(jié)垢，一旦結(jié)垢會(huì)使換熱效率下降10%~20%，增加能耗。 

3 、冗余設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，A級(jí)數(shù)據(jù)中心需滿足“全年無(wú)間斷運(yùn)行”，冷源冗余是關(guān)鍵。比如有些數(shù)據(jù)中心空調(diào)采用“N+N”冗余，單臺(tái)故障時(shí)備用機(jī)組15分鐘內(nèi)投入；同時(shí)設(shè)置“雙冷源末端”—末端機(jī)組既接冷凍水管，又接直接蒸發(fā)式冷媒管，當(dāng)冷凍水系統(tǒng)故障時(shí)，自動(dòng)切換至冷媒系統(tǒng)，確保機(jī)房不中斷供冷。冗余設(shè)計(jì)還包括：水泵：一用一備，互為切換；冷卻塔：?jiǎn)嗡收蠒r(shí)，其余冷卻塔仍能滿足70%以上負(fù)荷；電源：冷源設(shè)備接入雙回路供電，配合柴油發(fā)電機(jī)，應(yīng)對(duì)停電風(fēng)險(xiǎn)。蓄冷：采用冰蓄冷、水蓄冷等蓄冷方式，確保停電后半個(gè)小時(shí)以內(nèi)數(shù)據(jù)中心用冷需求。

4 、末端系統(tǒng)

末端系統(tǒng)是“冷量輸送到設(shè)備”的最后環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)直接影響散熱效率，同樣的冷量，因氣流組織不合理，可能導(dǎo)致局部過熱（熱點(diǎn)溫度差＞5℃）。氣流組織，數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織設(shè)計(jì)，確保冷熱分離是核心，常用的方法有如下幾種：地板下送風(fēng)+上部回風(fēng)：最常用方案，可將架空地板高度設(shè)置成600mm高，以形成靜壓箱，冷風(fēng)口布置在冷通道地板，冷風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)柜進(jìn)風(fēng)側(cè)（前門），吸收熱量后從機(jī)柜后門（熱通道）排出，經(jīng)上部回風(fēng)口返回空調(diào)機(jī)組。這種設(shè)計(jì)避免冷熱空氣混合，送風(fēng)效率可提升20%~30%。冷通道封閉+熱通道回風(fēng)：數(shù)據(jù)強(qiáng)化散熱方案，在高密度機(jī)房（機(jī)柜功率＞8kW）采用冷通道封閉（加裝玻璃或板材），將冷風(fēng)約束在冷通道內(nèi)，避免擴(kuò)散損失；熱通道頂部設(shè)置專用回風(fēng)管，直接將熱風(fēng)抽至空調(diào)機(jī)組，可進(jìn)一步減少冷量損耗。上送風(fēng)方式：適用于無(wú)架空地板場(chǎng)景，上送風(fēng)需將送風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)冷通道，風(fēng)速控制在1.5-2m/s，確保冷風(fēng)下送至機(jī)柜進(jìn)風(fēng)側(cè)；回風(fēng)口設(shè)在熱通道頂部，形成“下送上回”的氣流循環(huán)。

5 、末端設(shè)備選型 

機(jī)房專用空調(diào)：適用于中小型機(jī)房，自帶制冷、加濕、過濾功能，可直接落地安裝，無(wú)需集中冷源。一般300m2以下機(jī)房可采用該類型，單臺(tái)制冷量5-20kW，按“每20-30kW冷負(fù)荷配置1臺(tái)”布置。風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)：適用于輔助區(qū)域，數(shù)據(jù)中心的辦公、餐飲等舒適性區(qū)域可采用該系統(tǒng)，夏季供冷、冬季供暖，獨(dú)立控制溫度（夏季25℃，冬季18-20℃）。行級(jí)空調(diào)：適用于高密度機(jī)柜，貼近機(jī)柜安裝，送風(fēng)距離短（＜3m），冷量直達(dá)設(shè)備，可解決“局部熱點(diǎn)”問題。一般情況下，10kW以上機(jī)柜搭配行級(jí)空調(diào)，與房間級(jí)空調(diào)形成“主輔結(jié)合”。

6 、機(jī)柜布局

機(jī)柜布局需配合氣流組織，核心原則是“冷通道進(jìn)風(fēng)，熱通道排風(fēng)”。傳統(tǒng)“機(jī)柜同向排列”會(huì)導(dǎo)致前一臺(tái)機(jī)柜的熱風(fēng)被后一臺(tái)機(jī)柜吸入（氣流短路），進(jìn)風(fēng)溫度升高3-5℃，散熱效率下降。建議在數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)會(huì)布置方案設(shè)計(jì)階段，空調(diào)專業(yè)要求采用面對(duì)面、背靠背”排列：相鄰機(jī)柜前門相對(duì)（形成冷通道），后門相對(duì)（形成熱通道）；冷通道寬度1.2-1.5m，熱通道寬度0.8-1.0m；機(jī)柜頂部安裝盲板，封閉未裝機(jī)柜的空位，避免冷風(fēng)直接從頂部流失。降低機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度，避免出現(xiàn)顯熱點(diǎn)印象局部設(shè)備運(yùn)行。

四、控制系統(tǒng)

1 、監(jiān)測(cè)參數(shù)

需監(jiān)測(cè)的核心參數(shù)包括：環(huán)境參數(shù)：冷通道溫度（23±2℃）、熱通道溫度（＜35℃）、相對(duì)濕度（45%-65%）；設(shè)備參數(shù)：冷水機(jī)組出水溫度（7℃）、流量、壓力；末端送風(fēng)溫度、風(fēng)量；能耗參數(shù)：各設(shè)備功率、總能耗、COP實(shí)時(shí)值。重要參數(shù)需在中控室實(shí)時(shí)顯示，異常時(shí)自動(dòng)報(bào)警（如冷通道溫度＞26℃時(shí)觸發(fā)預(yù)警）。 

2 、調(diào)節(jié)策略

冷源調(diào)節(jié)：設(shè)置冷機(jī)群控系統(tǒng)，根據(jù)總冷負(fù)荷動(dòng)態(tài)啟停機(jī)組，負(fù)荷＜30%時(shí)開1臺(tái)，30%~60%時(shí)開2臺(tái)，＞60%時(shí)開3臺(tái)；同時(shí)調(diào)節(jié)出水溫度（夏季7℃，過渡季8-10℃），提高機(jī)組COP。部分負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)冷機(jī)交替開啟，確保各臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)接近，提高整體運(yùn)行壽命。末端調(diào)節(jié)：根據(jù)冷通道溫度調(diào)節(jié)送風(fēng)量—溫度升高時(shí)提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，溫度降低時(shí)降低轉(zhuǎn)速，避免過冷。自然冷源切換：當(dāng)室內(nèi)回風(fēng)溫度高于室外10℃時(shí)，自動(dòng)切換至冷卻塔供冷，低于10℃時(shí)切換回機(jī)械制冷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與可靠性平衡。

3、應(yīng)急控制

控制系統(tǒng)需預(yù)設(shè)應(yīng)急程序：冷源故障時(shí)：立即啟動(dòng)備用機(jī)組，同時(shí)末端切換至備用冷源；局部熱點(diǎn)時(shí)：自動(dòng)提高該區(qū)域末端送風(fēng)量，或開啟臨時(shí)移動(dòng)空調(diào)；停電時(shí)：柴油發(fā)電機(jī)優(yōu)先保障空調(diào)關(guān)鍵設(shè)備（水泵、末端風(fēng)機(jī)），維持最小供冷量（滿足設(shè)備最低散熱需求）。

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