小型数据机房双空调系统的风道设计

童 超 熊竹雅

（南昌广播电视台，江西 南昌330038）

1 空调风道设计的必要性

1.1 空调风道设计的意义

随着科技进步和人们对节能意识的提高，无论是在专业机房还是在民用领域，人们对于制冷的需求不再是只要求有冷风吹出，而是把重心放在了如何使制冷效率更高，冷量分布更均匀，运转更节能这些方面，而这些很大程度可以通过合理的风道设计来实现，因此如何将风道设计的更为科学就显得尤为重要。

1.2 数据机房的制冷需求

对于数据机房来说，在实际使用过程中，因各种因素制约，容易造成机房气流组织不合理、不通畅。由于IT设备是靠机房空调送入的冷风与其散热充分交换从而带走热量，降低机器内温度，气流组织起到热交换媒介纽带作用，因此当热交换的纽带不顺畅、不合理时，机房空调设备容量配置只能远远大于实际需求量，以满足机房需求，这将使得能效大打折扣，对机房温度和湿度的均匀分布也将有极大影响。

1.3 合理的空调风道所具备的优点

1.3.1 均匀的机房温度湿度分布

通过均匀的风口分布，可以使机房内各设备的进风口温度保持较高的一致性，保证了大部分冷量都能进入到设备内并形成稳定的空气流动，避免局部热点产生。

1.3.2 显著提高机房空调冷量利用率

风道的建立使冷气流从设备的进风口进入，从设备的出风口将热量带出并很快进入到空调的回风口进行循环，这一过程，避免了冷量往其它区域扩散导致的能耗浪费同时也避免冷热气流混合所导致的冷量损失，此外，还能够避免因冷热气流混合而导致的局部湿度过大情况出现。

1.3.3 提高机房设备运行安全性与稳定性

为IT 设备运行创造较低的温度环境能够有效降低设备的发热，减少设备老化，从而降低设备因环境而导致的故障率产生，保障了用电设备的安全与稳定。

2 项目方案

以南昌广播电视台全媒体广播播控中心机房为例，介绍项目的设计与实施。

2.1 项目简介

南昌广播电视台全媒体广播播控中心机房（以下简称机房）位于大楼主楼西侧，占地面积80m2，内置20 个数据机柜，设计了两套空调系统，一套系统采用机房精密空调，一套系统采用多联机空调，互为主备，可并行使用。

2.2 制冷量的计算

制冷量是空调选型极为重要的一个参数，所以应当综合考虑，全面评估。本机房中依据数据机房的设备清单，全面统计，并考虑到面积、西晒、保温隔热、冗余量等因素，最终确定机房所需的制冷量。

2.3 双系统循环系统的风道设计

2.3.1 位置摆放。由于机房的空间属于长方形空间，空间相对规整，因此机柜采用双排，横向排列（如图1）形式，两排机柜中预留1.2m的操作和散热空间，采用此方式一方面较为美观整齐，另一方面，机柜正面朝向监控室有利于值机员对设备的监看工作。另外考虑到设备的散热口位置一致，所以使用了机柜尾部对尾部放置的方式。精密空调系统利用了大楼原有的精密空调的水冷管路，在位置上处于机房的中轴线，并与机柜保持一定的检修距离。多联机空调内机也位于中轴线上方采用吊装形式。

图1 平面分布图

2.3.2 设备选型。考虑到空调的互为主备，因此每一套空调系统，都需具备独立运行并满足最大制冷需求的能力。其中，由于机房建设时预留了45cm的机房架空层，因此精密空调采用的是下出上回的风道循环方式即空调的底部出风，顶部回风。多联机空调由于吊装形式，所以采取了上出上回的风道循环方式。

2.3.3 风道设计。精密空调：精密空调因采用下出风方式，通过对防静电地板下部区域形成正向压强，从而使冷气从地板的穿孔处均匀扩散。因此穿孔防静电地板需分别放置在两排机柜的进风口前方60cm以内的区域，冷气流从机柜正面进入到设备内部，并将热量顺利的从设备内部带走，形成的热气流汇聚到机柜的尾部也就是机房的中轴线处，并由处于相同轴线的精密空调主机从顶部的回风口吸入进行下一次的气流循环当中。这种风道设计运用较为普遍，也是较为科学的精密空调风道设计方案。多联机空调：为避免双系统并行时造成的气流混乱，保持风道的相对统一，所以多联机系统在气流循环时可以与精密空调保持一致。因此，将室内机主机设计在了机房中轴线顶部位置，一来回风口均为顶部回风，并且处于同一轴线上，热气流在方向上可以保持一致；二来由于室内机与冷媒和排水管相连接存在漏水等安全隐患，机房中轴线为机柜的空挡区域有效规避了这一风险；最后，室内机下方有较大地面空间也方便日后的维护和检修。对于多联机空调系统出风口的设计而言，由于是吊装形式，所以只能考虑下出风的方式设计，按照之前设计原则，我们使用了多点均匀出风的方式，将冷气流通过管道均匀分布至两排机柜的顶部前方60cm处，冷气流通过机柜前方进入到设备内部并带走热量从机柜尾部排出，从而实现了高效的气流循环。在多联机单一系统运行时，由于冷空气密度大受重力影响形成下行的趋势，所以该系统较精密空调对于机柜内不同高度的设备而言进风口温差更小。对于双系统同时运行的情况，两个系统出风口风向并不一致，但是从水平角度来看，出风位置均处于机柜的正前方，因此，冷气流都能有效的被设备吸入，热量从尾部排出后沿同一方向进入各自的回风系统当中。因此，两套空调循环系统能够同时运行，且起到相互备份的作用。

图2 双系统并行时气流循环图

2.4 空调风道设计还应考量的因素

2.4.1 机房的密闭性：良好的密闭性能够避免外部气流进入机房，使机房内的风道形成内部稳定循环，同时精密空调系统工作时也能形成稳定的风压，保证地面各出风口冷气流分布平均。此外，良好的密闭性也可以大大增加机房湿度的控制，为设备运行提供良好的环境。在机房建设完成后，应对在施工中开凿的洞口或是桥架等缝隙进行完善的封堵，使机房形成密闭空间。

2.4.2 机房的保温隔热性：良好的保温隔热性能够有效的降低能耗，同时也能够避免因温差过大导致楼板或墙面结露的情况。地面保温隔热材料应选用厚度在1cm以上的橡塑保温材料，将机房架空层的底面及边沿满铺覆盖，并用胶水固定。墙面以及顶面的保温，项目中我们选用了10cm厚的岩棉对四周以及顶面进行填充，既起到了良好的保温隔热作用，还有改善了机房的声学环境，减少了内部低频噪音。

2.4.3 机房的隔音性：精密空调运行过程中，由于巨大风机的工作，会产生较大的震动与噪音。这些震动和噪音既会影响设备的稳定运行，也会引起工作人员的不适。为此，在本项目中，我们一方面在机柜和精密空调的各受力点添加橡胶减震块，把震动传导降到最低，从源头减少噪音；另一方面是采用了较高密度的岩棉填充方式，对噪音和震动的向外传播进行阻隔，同时对于机房的观察窗按照专业声学工艺进行设计施工，有效的隔绝了噪音的扩散。

2.4.4 空调管路的安全性：本项目中精密空调管路延用了大楼原有的水冷系统，因此在精密空调室内机中，有进水管、出水管以及排水管通过架空层空间与其联通。机房内部设计时，在确定了各机柜摆放位置后，这些管路应尽量远离设备机柜，以减少安全隐患。本项目的多联机空调中，在空调室内机确定安装位置后，所有的冷媒管路、排水管路也应避开各机柜的顶部经过，以提高设备运行时的安全性。

3 项目实施效果及思考

3.1 项目实际效果

该项目机房空调系统于2018 年底建设完成，至今已运行了近两年的时间，这期间双系统并行方式给数据机房设备的稳定运行提供了良好的外部环境，合理的双系统风道设计，数次避免了单系统突发性故障所带来的安全问题，有效的保障了机房的设备安全。

3.2 项目实测数据

经实测，系统中各项数据总体符合预期。夏季单系统运行时，功率约为最大功率的40%～60%，双系统同时工作的总功率相较于单系统工作时，能耗有约8%左右的上升。在单系统运行时，各出风口区域最大温差不超过1.4℃。在双系统并行时，出风口的最大温差不超过2.3℃。

3.3 项目的思考

该项目由于采用了不同类型的空调设备，在双系统并行时，二者的出风口的温度会存在一定的差异，例如：将二者的环境温度都设置为20℃的情况下，精密空调出风口的温度会略高于多联机空调的出风口温度1.8℃左右，这与风道的路径、长短和风速都有所关联，在实际使用中，应考量多种因素尽量使该温差减小。系统中二者可以优势互补：多联机室内机吊顶安装，不占用地面空间、运行起来噪音低，但是其不具备恒湿功能，对于南方潮湿的春夏季，多联机系统运作很难控制好机房的湿度。而具备恒温恒湿功能的精密空调就做了较好的补充。

4 结论

总的来说，机房双空调系统风道的设计很大程度上为数据中心设备的稳定运行提供了更为可靠的保障，为机房的节能减排提供了良好的思路和手段，如何将风道设计的更为高效以便为机房运行提供服务，如何更为节能和科学的保障设备的运行是未来数据机房建设和应用中需要不断实践和探索的方向。