内蒙古气象防灾减灾预警中心核心机房精密空调系统的选择与实施

2015-10-21刘泱

现代农业 2015年4期

关键词：室外机风冷水冷

刘泱

内蒙古自治区气象信息中心

内蒙古气象防灾减灾预警中心核心机房精密空调系统的选择与实施

刘泱

内蒙古自治区气象信息中心

精密空调系统是内蒙古气象防灾减灾中心核心机房工程的重要组成部分。文章针对核心机房的主要功能，对其制冷系统的需求做了严格测算，并通过调查研究详细分析比对了常见各类精密空调系统的优缺点，并根据自身机房需求进行了分析比对，确定应采用风冷型作为核心机房精密空调系统选择并实施。

系统设计精密空调

一、引言

为了满足内蒙古自治区不断提高的气象防灾减灾需求，2013年，内蒙古自治区气象局开始组织建设内蒙古气象防灾减灾预警中心预警大楼。大楼核心机房及相关配套设施不仅将承载全楼信息网络核心业务，同时还将成为支撑全区气象现代化建设的数据中心。因此对核心机房空调通风系统有了更大的要求。

二、精密空调种类及优缺点分析

计算机机房专用精密空调机组是西方国家科学家根据目前世界上各类品牌计算机设备对综合环境的变化要求而专业设计的一种特殊空调机，它有如下主要特点：保持常年恒温22℃±1～2℃（因计算机主机及相关设备为不间断热源器件）；保持常年恒湿，相对湿度40%~60%（因计算机主机及相关设备在湿度较大情况下易造成电路板等接插件短路，而在湿度较小情况下，易产生静电吸附、集成块龟裂，造成对主机的损害）。

表1　机房室内运转需求温湿度

通过对社会不同部门不同规模机房制冷设备的调研，常见的机房精密空调的种类包括风冷型、水冷型、冷冻水制冷型及双冷源型等，使用方根据机房的结构及设备特点选择更适合自身需求的方案进行实施。

1.风冷型机房精密空调

风冷，即空调的制冷剂通过风来冷却，安装在室外的冷凝器（精密空调室外机）将冷凝剂的热量带走，使制冷剂放出热量。风冷型冷凝器，主要由若干组铜管和风机组成，由于空气的传热性能很差，通常会在铜管外增加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时用风机来加速空气流动，增加散热效果，其中风机的速度有恒速的，有可调的，或者恒速+可调。根据不同厂家设备的要求，室内机与室外机之间铜管的距离，即室内外机之间的高度差也有要求，在选型时要与实际情况相结合。

风冷型一般采用下送风，上回风，由于大多数数据中心均采用防静电地板，把防静电地板（离楼板高度一般为40~45厘米之间）下的空间作为空气静压箱，在设备机柜吸气方向设置出风口，冷风经过设备机柜后变成热风，再通过回风管或顶部吊顶回风或者直接返回精密空调的回风口（一般采用热风直接返回，因此精密空调的摆放位置很重要）。因此，风冷型精密空调的应用较为广泛。

优点：（1）直接蒸发制冷循环，没有冷冻水和冷却水系统。（2）每个机组都有自带的压缩机，可以在每个机房内实现N+1的备份方式。（3）室外机安装分散，不需太多考虑室外机承重问题。

缺点：（1）外机的噪声和发热大，对周边环境的影响。在夏季高温期，室外机可能因为散热不良导致高压报警。（2）室外机肋片容易积累灰尘，不经常清洗，会影响空调的制冷效果。（3）制冷效率较低，低于水冷型。

2.水冷型机房精密空调

水冷型机房精密空调的结构跟风冷型的差别不大，主要的差别是：水冷型机房精密空调在室内机设置水冷板式冷凝器（跟风冷型精密空调相比，制冷剂的内循环只在室内机，压缩机的工作压力就要小得多），制冷剂在经过水冷板式冷凝器时放出热量，而水冷板式冷凝器的冷水吸收热量后经水泵（一般安装在精密空调外部）排到大楼冷却塔，再由冷却塔将热量排放到空气中去。

优点：（1）冷凝器、蒸发器均在室内机内部，制冷循环系统在机组内部完成，制冷效率相对风冷机组高。（2）不需要室内、室外机的连接铜管，只需要一组冷却水管道可以将所有的机组连接在一起，在大型数据中心系统里，工程量能相对减少，不存在室内、室外机距离限制。（3）可以用几组较大的室外干冷器做N+ 1备份工作方式，在中大型数据中心占地面积相对较小。

缺点：（1）电子信息设备是必须远离水的，因此对与精密空调连接的水管提出了极高的要求，包括水管本身质量、水管走向、水管焊接技术等。（2）由于冷却水为循环水，长期与空气接触后会非常脏，因此在水循环管路上必须安装水过滤器。（3）增加了冷却塔、水泵、水管的单点故障，需要有备用设备，费用较高。

3.冷冻水制冷机房精密空调

冷冻水机房精密空调在室内机主要由冷冻水盘管、风机、电加热器、加湿器和水阀组成，一般不设压缩制冷系统，因此这种机型的前期投资比较小，但是依赖于冷冻水，如果冷冻水无法供应则系统瘫痪。因此，就有下面的双冷源系统。

优点：（1）风冷冷水机组集中制冷，制冷效率最高，运行费用最低。（2）不需要室内机、室外机的连接铜管，只需要一组冷却水管道可以将所有的机组连接在一起。（3）在大型数据中心系统里，工程量能相对减少。（4）不存在室内机、室外机距离限制。

缺点：（1）数据中心内部带有水循环系统，需要设置防漏水检测系统和防护措施。（2）施工工程相对复杂，需要有压力管道施工资质的工程队完成。（3）日常维护的工作复杂，需要在冷水机组的维护人员。

4.双冷源系统机房精密空调

双冷源系统是为确保机房精密空调的制冷的保障性，同时充分利用大楼中央空调的冷冻水，可以采用双冷源机房精密空调。有下面2种组合：风冷冷凝+冷冻水，以冷冻水系统为主用，风冷系统为备用；水冷冷凝+冷冻水，以冷冻水系统为主用，水冷系统为备用。

优点：（1）双系统互为备份，安全可靠性高。（2）可以充分利用大楼中央空调冷却水，起到节能的效果。

缺点：（1）初期投资较大。（2）管线较多，占用空间大，给安装带来麻烦。

图1　核心机房精密空调部署图

三、核心机房需求技术分析

根据核心机房的整体规划方案，共设计与核心机房配套5个区域，分别是：主服务器机房，270平米；高性能存储区，68.2平米；UPS室，64平米；辅助设备区，20.2平米；钢瓶间，30平米。为满足现有业务需求及未来冗余，核心机房规划设备容量为76台服务器机柜、配电柜等，依据旧机房制冷系统运行的经验及总功率法计算，信息主中心网络机房的总制冷量为180KW，高性能存储区总的制冷量为30KW。

预警中心大楼设计建造中，没有设置冷冻机房或管道的空间，而水冷系统必须建设冷却塔、水泵等外置设备；没有安装中央新风空调，如果安装冷冻水系统不能将中央空调冷冻水系统作为基本的冷冻水源，无法达到循环节能的目的；没有足够数量、专业的专职维护人员来进行水冷及冷冻水空调系统的日常运维工作，故水冷类精密空调不适宜核心机房配备使用。

图2　核心机房平面设计图

根据核心机房设计规划，只需设计主服务器机房和高性能存储区的空调制冷方案单个机柜发热量在2～3KW，总冷量需求较小，风冷系统空调的组合设计能够满足数据中心机房的需求；且风冷系统的建设成本较其他系统低，维护成本低，综合其他因素，风冷型精密空调系统适合做为核心机房制冷设备。

四、核心机房空调系统方案的实施

按照上述需求分析，核心机房新配置3台制冷量为80KW的下送风上回风精密空调及3台原有制冷量为30KW的下送风上回风精密空调，从而实现机房环境的24H恒温恒湿。

高性能存储区配置原有2台制冷量为30KW的下送风上回风精密空调，2台双冗余备份工作方式，1台主工作，另一台作为备份机器，通过控制器进行多种工作方式的转换，在其中一台精密空调出现故障时，另一台备份空调可以为机房提供制冷，2台机器可以轮换工作，从而实现机房环境的24H恒温恒湿；电池间采用2台5KW精密空调为电池提供恒温环境；辅助设备区采用2台5KW精密空调为UPS及其他设备提供恒温环境。