数据中心空调系统应用白皮书

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1、1 数据中心空调系统应用白皮书数据中心空调系统应用白皮书 2 目目 录录 一一 引言引言 5 1.1 目的和范围目的和范围 5 1.2 编制依据编制依据 5 1.3 编制原则编制原则 6 二二 术语术语 6 三三 数据中心分级数据中心分级 8 3.1 概述概述 9 3.2 数据中心的分类和分级数据中心的分类和分级 . 9 四：数据中心的环境要求四：数据中心的环境要求. 10 4.1 数据中心的功能分区数据中心的功能分区 . 10 4.2 数据中心的温、湿度环境要求数据中心的温、湿度环境要求 . 11 4.2.1 数据中心环境特点 11 4.2.2 国标对数据中心环境的规定和要求 12 4.3

2、数据中心的其它相关要求数据中心的其它相关要求 . 16 五五: 数据中心的机柜和空调设备布局数据中心的机柜和空调设备布局 . 18 5.1 机柜散热机柜散热 . 19 5.1.1 数据中心机柜 . 19 5.1.2 机柜的布局 21 5.2 机房空调及其布置机房空调及其布置 . 23 5.2.1 机房空调概述 23 5.2.2 机房空调送回风方式 25 5.2.3 机房空调布局 25 六：数据中心空调方案设计六：数据中心空调方案设计. 26 6.1 数据中心的制冷量需求确定数据中心的制冷量需求确定 . 26 6.2 数据中心的气流组织数据中心的气流组织 . 29 6.2.1 下送上回气流组织

3、29 6.2.2 上送下(侧)回气流组织 . 33 6.2.3 局部区域送回风方式 36 6.3 空调系统的冷却方式选择空调系统的冷却方式选择 . 37 6.4 空调设备的选择空调设备的选择 . 46 七七: 数据中心中高热密度解决方案数据中心中高热密度解决方案 . 48 7.7.1 1 区域高热密度解决方案区域高热密度解决方案 48 7.2 7.2 局部热点解决方式局部热点解决方式 50 7.37.3 高热密度封闭机柜高热密度封闭机柜 . 52 7.47.4 其它高热密度制冷方式其它高热密度制冷方式 . 54 八八: 数据中心制冷系统发展趋势数据中心制冷系统发展趋势 . 54 8.1 数据中

4、心发展趋势：数据中心发展趋势： 54 8.2 数据中心制冷系统发展趋势数据中心制冷系统发展趋势 . 57 九九 机房环境评估和优化机房环境评估和优化. 58 附件一：数据中心要求控制环境参数的原因附件一：数据中心要求控制环境参数的原因 . 62 附件二：附件二：机房专用空调机组机房专用空调机组. 70 3 图表 1 电子信息机房分类 9 图表 2 TIA942 对机房的分类 9 图表 5 不同机房等级的环境要求 . 13 图表 6 ASHRAE 对数据中心环境要求的变化 . 14 图表 7 服务器主板气流方向. 19 图表 8 服务器机柜尺寸规格. 20 图表 9 常见的机柜进出风方式 . 2

5、0 图表 10 在不同进出风温差时的风量需求 21 图表 11 中高热密度机房的冷热通道布局示意图 . 22 图表 12 空调设备制冷系统原理图 24 图表 13 空调单侧布置示意图 25 图表 14 空调双侧布置示意图 26 图表 15 空调靠近热源布置示意图 26 图表 16 下送上回气流组织 30 图表 17 地板下送风和机柜冷热通道布局 31 图表 18 地板下静压分布规律示意图 32 图表 19 上送风风道下回气流组织 . 33 图表 20 风道整体布局示意图 35 图表 21 上送风风帽送风下回气流组织 . 36 图表 22 局部区域送回风吊顶式送回风 36 图表 23 局部区域送

6、回风水平气流送回风 37 图表 24 风冷式系统原理图 38 图表 25 乙二醇式系统原理图 39 图表 26 水冷式系统原理图 40 图表 27 冷冻水式系统原理图 . 42 图表 28 风冷双冷源式系列原理图 43 图表 29 各冷却方式对比表 45 图表 30 高热密度区域封闭冷风通道空间应用 49 图表 31 高热密度区域封闭冷风通道空间气流分布. 49 图表 32 高热密度区域通道气流对比 50 图表 33 机房顶部加制冷终端形式 51 图表 34 机柜间安装空调终端形式 51 图表 35 冷通道封闭的示例 52 图表 36 封闭式水冷机柜应用 52 图表 37 封闭式水冷机柜工作原

7、理示意图 53 图表 38 模拟示意图 60 图表 39 模拟示意图 61 图表 39 数据中心各设备热密度发展趋势图 62 图表 41 同等计算能力下消耗的机柜、服务器数量、占地和耗电对比 . 62 图表 42 部分计算厂家、机构对环境的要求 63 图表 43 部分交换机厂家对环境的要求 63 图表 44 电池寿命与温度关系 65 图表 45 低温下影响电池放电容量 66 图表 46 Intel 统计电脑故障原因分布 . 67 4 图表 47 静电损伤的阈值电压 67 图表 48 芯片被 ESD 击穿 67 图表 49 不同情况下产生的静电电压 67 图表 50 纽约地区通讯中心空气平均杂质

8、浓度 68 图表 51 机房专用空调制冷系统原理简图 70 图表 52 舒适性空调在设计上与机房专用空调的差异. 73 5 数据中心空调数据中心空调系统应用系统应用白皮书白皮书 一一 引言引言 1.1 目的和目的和范围范围 本白皮书介绍了数据中心环境要求、设备布局、空调系统设计、未来的发展趋势 以及数据中心空调系统的评估和优化。 本白皮书可以用于指导数据中心空调系统 的规划和设计。 1.2 编制依据编制依据 本白皮书依据国家相关法律、法规以及设计标准与行业规范为基础，结合数据 中心建设、运行、维护中的实际情况，经过多位行业专家的共同努力编制。主要 参考的相法规、规范、标准有： GB50174-

9、2008 电子信息系统机房设计规范 GB50462 电子信息机房施工及检验规范 GB/T 19413-2003 计算机和数据处理机房用单元式空气调节机 GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范 GB 50243-2002通风与空调工程施工质量验收规范 GB 10080-2001 空调用通风机安全要求 GB 50015-2003建筑给水排水设计规范 GB/T 14295 空气过滤器 GB50243-2003 通风与空调工程施工质量验收规范 JB/T 4330 制冷和空调设备噪声的测定 JB/T 8655 单元式空气调节机安全要求 GB/T18430 蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组 T

10、hermal Guidlines for Data Processing Environments 2008 TIA942 标准(Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers) 中国电信2005658 号 IDC 产品规范和 741 号文件 中国移动公司对机房的环境控制指标要求 GB/T 153951994电子设备机柜通用技术条件 EIA-310-D Cabinets, Racks, Panels, and Associated Equipment 接线 6 柜、支架、仪器板和辅助设备 1.3 编制原则编制原则 1考虑内

11、容的适应性、覆盖性、全面性。 适应性：适应当前和未来一段时期数据中心的技术发展状况以及未来新技 术、新产品的发展，有关数据和资料与新设备、新材料、新技术、新工艺的发展 水平相适应；符合现行的国家标准、行业标准或规定。 覆盖性：应覆盖国内各种数据中心的空调系统工程设计、施工和检验，纳 入成熟的、经过验证的应用方案、方法及设备等。 全面性：内容、体系完整。 2以数据中心空调系统方案设计为中心。侧重设计方案和原则、重要技术方案 的确定、参数计算和确定、设备选型与布置等方面的内容。同时避免内容冗杂， 通过分类提供相关标准、规范、参考资料的索引，提供深入学习和研究的途径。 3强化充实节能、安全、环保设计

12、的相关内容。 二二 术语术语 2.1 数据中心 dataCenter 数据中心通常是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、 交换、管理，而计算机设备、服务器设备、网络设备、存储设备等通常认为是网 络核心机房的关键设备。 关键设备运行所需要的环境因素， 如供电系统、 制冷系统、 机柜系统、 消防系统、 监控系统等通常被认为是关键物理基础设施。 2.2 主机房 computer room 主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。 包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。 2.3 辅助区 auxiliary room 用于电子信息设备和软件的安装、调试、维

13、护、运行监控和管理的场所，包 括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。 2.4 支持区 support area 支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴 7 油发电机房、UPS 室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和 安防控制室等。 2.5 行政管理区 administrative area 用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公 室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。 2.6 相对湿度 relative humidity 空气中实际含有的水蒸气量与同温同压下能容纳的水蒸气的最大量之比， 用%表

14、示。 2.7 焓 enthalpy 热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，表示工质所含的全部热能，等于该 工质的内能加上其体积与绝对压力的乘积。常用符号 H 表示。 2.8 加湿量 Humidification 指单位时间内加入密闭空间、房间或区域的空气中的水分，叫加湿量。单位：公 斤/小时（kg/h） 2.9 能效比 （EER) energy efficiency ratio 在额定工况和规定条件下， 空调器进行制冷运行时， 制冷量与制冷消耗功率之比。 2.10 性能系数（COP） coefficient of performance 在相关标准规定的名义工况下，机组以同一单位表示的制冷（

15、热）量除以总输入 电功率得出的比值。 2.11 全年能效比（AEER） annual energy efficiency ratio 机房空调进行全年制冷时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比。 2.12 制冷量（制冷能力） total cooling capacity 空调器在额定工况和规定条件下进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间 或区域内除去的热量总和，单位：kW。 2.13 显热制冷量 sensible cooling capacity 在规定的制冷量实验条件下，空调机从机房或基站除去显热部分的热量，单位： kW。 2.14 制冷消耗功率 refrigerating cons

16、umed power 在规定的制冷量试验条件下，机房空调所消耗的总功率，单位为瓦（W） 。 2.15 显热比 sensible heat ratio 显热制冷量与总制冷量的比值，用等于 1 或者小于 1 的小数表示。 8 2.16 送风量 indoor discharge air-flow 空调器用于室内、室外空气进行交换的通风门和排风门（如果有）完全关闭，并 在额定制冷运行条件下， 单位时间内向密闭空间、 房间或区域送入的风量， 单位： m3/h。 2.17 冷风比（cooling-air ratio） 在规定的制冷量实验条件下，空调机的总制冷量与每小时送风量之比，单位为 W/(m3 h-1) 2.18 机外静压 机组风机出口处与回风口处的静压差，单位为 Pa。 2.19 机 房 专 用 空 调 机 （ air-conditioning unit dedicated used in telecommunication equipment room） 机房专用空调是根据通信设备对