摘要：文中总结了互联网数据中心(InternetDataCenter，简称IDC)基站空调系统的设计特点。首先研究了空调的负荷组成，然后分析了气流组织方式和自控设计，最终明确了其显热负荷大、潜热负荷小、焓差小、送风量大、多采用地板送风以及自控系统要求较高等有别于一般舒适型空调的独特之处。

第1页:机房空调气流组织

    计算机是由许多电子设备构成，而这些电子设备中使用了大量的集成电路和电子元件，它们对使用环境条件有各自的特定要求，否则会影响使用寿命和可靠性，所以机房空调要保证一定要求的温湿度、洁净度等环境条件。
　　
　　    计算机是由许多电子设备构成，而这些电子设备中使用了大量的集成电路和电子元件，它们对使用环境条件有各自的特定要求，否则会影响使用寿命和可靠性，所以机房空调要保证一定要求的温湿度、洁净度等环境条件。
　　
　　工程概况
　　
　　坐落于天津高新区内的某IDC基站是国外某大型软件企业在天津的投资项目，主要功能为网络数据处理中心，总建筑面积约8800m²。建筑共5层，无地下室，1层均为设备用房(水泵房、发电机房、高低压配电间等)，2层为办公、会议、监控等功能性用房，3～5层均为CPU室，内设大量服务器。CPU室作为本工程的空调设计要点与难点，属于典型的机房空调设计类型，而且在同类型工程中规模较大。GB50174—1993((电子计算机机房设计规范》按等级规定了电子计算机房空调设计参数，见表1。本工程就是在参考此规范的情况下结合了业主的工艺参数要求进行设计。
　　　　
　　　　
　　本项目中业主提出的要求为，温度：(22±2)℃；相对湿度：35％～65％。计算机房环境的设计条件中，最主要的是温湿度的影响。这是由于计算机系统的主机在运行过程中需要大量散热，如果不能及时排除将导致机柜或机房内温度迅速提高。过高的温度将使电子元器件性能劣化，降低使用寿命。而反之，过低的温度将使电容、电感、电阻器的参数改变，直接影响到计算机的稳定工作。在空气湿度方面，如果机房内的空气湿度过高，将影响电路系统的电学性能，同时会使金属材料易于氧化腐蚀以及恶化绝缘材料的绝缘性能；但是空气湿度过低，会产生静电，静电易吸收尘土而影响机器运转。除了温湿度的影响以外，机房内的洁净度也不容忽视，因为如果机房内空气的洁净度不良的话，会造成万方数据短路或元器件接触不良，但机房内发尘量对室内含尘浓度的影响很小，基本可以忽略。如果机房内长期有工作人员还应该考虑噪音问题，由于服务器本身工作时的噪音就较大。空调器噪音仅是环境噪音的一部分，建议由建筑专业划分工作区来解决，本工程为无人值守型机房，故未考虑。
　　
　　机房的热负荷
　　
　　机房的总热负荷包括设备散热量、照明散热量、围护结构的热负荷、人体散热量和新风热负荷。前三项热负荷只有显热，后两项热负荷含有显热和潜热。设备、照明和人体热负荷全年基本不变，其余两项热负荷随室外环境温度和湿度会有所改变。业主提供的机器功率密度较高，而且理论上可以不考虑人员新风量，机房又为纯内区，因此机房总热负荷全年变化较小并且显热所占比例很大。各项热负荷可采用相关的计算软件输入条件进行计算，通过计算结果看设备的发热量占总发热量的95％以上。所以下面着重讨论设备散热量。
　　
　　Q=1000•N•n₁•n₂•n₃(1) 　　
　　式中：Q------服务器发热量，W； 　　
　　N----总功率。kW； 　
　　n₁-----利用系数； 　　
　　n₂-----同时使用系数； 　　
　　n₃----负荷系数。
　　
　　机房内各种设备的总功率应以机房内设备的最大功耗为准，但这些功耗并未全部转换成热量，因此，必须用以上3种系数来修正，这些系数又与计算机的系统结构、功能、用途、工作状态及所用电子组件有关。总系数一般取0．6—0．8之间为好。根据业主对机房建成后的使用预期，总系数取上限0．8，按式(2)计算。
　　
　　Q=860•N•n₁•n₂•n₃(2) 　
　　=860•2•0.8•1.163=1600(W／m²)
　　
　　需要说明的是本工程虽为无人值守型机房，但也要考虑正常的维护和保养，所以每问CPU室按5人考虑，同样输入软件进行计算。而新风量的最终确定是考虑了CPU室维持正压(5Pa)的需要，而此风量已远大于5名工作人员的新风量需求。
　　
　　严格地说。除上述热负荷外，在工作中机房内使用大量的传输电缆也是发热体。但相对于服务器散热而言，这部分散热量就可以忽略了。总之。机房热负荷应由上述各项热负荷之和来确定，设备散热量为最大(且为显热)。
　　
　　通常计算机房散热量极大，散湿量(仅为人体散湿和少量新风湿量)却"tE4、，热湿比几近无穷大。据统计，大型的计算机房的热负荷强度会超过650W／m²，业主提供的数据用电功率换算成热负荷后相当于1600W／m²。通过确认，预计CPU室设计条件下最终服务器满载时将达到此标准。在分析热负荷时将其分为显热和潜热两部分，显热引起空气温度升高，而空气含湿量不变，即空气中水蒸气含量不变；潜热引起空气含湿量升高，即空气中水蒸气含量提高，而空气温度不变。由上述分析可知，机房空调的空气处理过程在焓湿图上接近于等湿冷却的干冷却工况，这在一般的舒适性空调中是没有的。由于显热量大，热湿比近似无穷大，送风温差一定时(通常送风温差为4～6℃)送风与回风的焓差就较小，因而所需的风量必定很大。以这样小的送风温差送风是为防止计算机房结露，因为机房的设计基准温度较低，只有减小空调机送回风之间的温差，才能保证送风温度高于机房露点温度。
　　
　　通常机房空调换气次数可达30—60次／h，本项目更是高达133次／h。由于机房热负荷强度高，而且机房设计为纯内区，即使在冬季，通过围护结构传递进的冷量仍然明显低于机房内部的发热量，也就是说，即使在冬季，机房仍然需要空调系统进行供冷运行．这就是所谓的全年供冷运行，故选用的风冷式机房专用精密空调的室外机在-30～45℃的室外条件下可正常制冷，保证了机房的正常使用。
　　
　　机房空调气流组织
　　
　　大型密集排列的服务器，其对气流组织的要求也很特殊。机房专用空调的送回风方式是多样的，有上送下回、下送上回、上送侧回等不同方式，以适应不同的机房布置和机房条件。由于计算机系统的功能、速度和容量的大幅度提高而体积却相应减小，这样就使机房单位面积热负荷增大，因此更需要机房气流组织分配均匀。机房内热源应尽量均匀分布，使机房内各点的温度梯度尽可能小；机房内各送风口的送风速度尽可能均匀，不能出现送风死区。

    CPU机房中铺设防静电活动地板，机房专用空调机采用下送上回式送风，使冷气直接送入活动地板下，这样使地板下空间成为静压箱，然后通过地板送风口，把冷气均匀地送入机房内，确切的说是送入计算机柜(服务器机架)内。采用这种送风形式可大大提高空调效率，同时还可以大幅度节省过去习惯管道送风的工程费用，降低工程造价，使室内布局美观，这是计算机房理想的送风形式。静电地板的高度建筑专业设计为800mm，其内敷设有部分弱电管线，空调送风对其无影响，同时为尽量减少冷桥的发生，避免冷损失，在静电地板下包裹了一层保温材料(玻璃棉保温板材、内贴无纺毡)。

    由于提前了解了机架的具体定位，静电地板上的送风口在设计时就定位在机架正下方。当然，地板上的送风口是可以调节换位的，如果服务器机架在今后安装使用时调整了位置，送风口也可随之调整，与之相对应的天花板回风口的位置定位在两排服务器机架之间的位置，吸收室内余热后的回风进入天花板内的回风静压箱内，回风静压箱的高度(天花板至顶板下皮)为1200mm。送风口和回风口均设过滤网，机房专用空调机内设有初、中效两级过滤器，使机组送出的冷气达到一定的净化能力，以满足洁净度要求。当机组过滤器容尘量超过设定值时，过滤器堵塞报警器动作，以提示操作人员清扫过滤器。这是因为机房内应保持一种洁净的空调环境，以利于服务器的安全运行和延长设备的使用寿命。当然，对于大循环风量的机房专用空调来说，在过滤效率一定的情；2-F，较大的风量也有利于提高机房的洁净度。
　　
　　控制系统
　　
　　在自控方面，每间CPU室均设有12台精密空调机组，所有选用的精密空调设备配备专用控制器，采用PID控制方式，可准确保障所控环境在要求的温湿度范围内。控制器内部设置内部联网管理程序，进一步提高该空调系统的管理功能和设备的运行可靠性。可根据实际负荷在总体机组内定时切换机组的开停，平衡各机组的运行时间。而对单体机组而言，机组中的各个运行部件开关自动切换，来平衡机组中各部件的运行累计时间。在多台机组的联合运行中，其运行数据，如设定点、时间表、报警状态等可实现数据同步化，即只需在一台主动机组改变参数设置，改变后的数值将自动复制到同一网络中的所有控制器中。
　　
　　管理程序可控制各机组顺序加载，分布动作，减少对电网的冲击。在多台机组共处同一网络时，任何一台主控机组停车维修或出现故障时，其他在线热备份的主控器的其中一台自动接管整个系统，担当起系统的主控任务。控制器的管理系统可使各机组不是按本身所测得的温湿度进行控制，而是将网络中各机组所测得的温湿度读数加权平均计算，得出平均值并以平均值对被控环境进行温湿度及空气洁净度的同步输出控制。机组的加湿方式为电极式加湿且加湿过程中可自动冲洗电极式加湿器。机组在送风时可根据自动检测的室内温湿度调整送风温度，使得其不低于室内露点温度。
　　
　　特点
　　
　　(1)冷负荷大、湿负荷小、焓差小、送风量大，机组全年在制冷工况下运行。
　　
　　(2)气流组织方式特殊，多采用地板送风并且有洁净要求。
　　
　　(3)自控系统要求较高，自动化程度高的控制系统对达到设计目的起着至关重要的作用。见表2。
　　
　　
　　
　　同时在一般空调中常采取的，当室外焓值低于室内焓值时，加大新风量以利节能的措施在机房空调中也不适用。特别是在冬季，室外空气加湿处理所需的电量甚至会大于开启压缩机所需的电量。
　　
　　结语
　　
　　具有典型工艺性空调特点的机房空调系统设计从负荷分析到气流组织，再到自控环节，都具有其自身的独特之处，只有对空调系统所服务对象的特点进行认真的分析之后才能有的放矢的确定设计模式，最终达到满意的效果。
　　
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