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
2、境的规定和要求 . 12 4.3 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
3、气流组织 . 29 6.2.1 下送上回气流组织 . 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
4、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
5、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 . 20 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
6、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 . 5
7、1 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
8、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
9、.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： GB50174-2008 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
10、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 Thermal 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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（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 co
16、oling 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 consumed 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，
17、 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机房温湿度要求设计的具有高可靠性， 高显热比等特点、并具有能自动调节空调参数及进行参数检测、故障报警显示、停电自启动等智能控制功能的空气处理装置。
18、一般送风量较大，空气处理焓差小，显热比大，适合通信机房使用。 2.20 能量使用效率 PUE（ power usage effectiveness） 2.21 热通道/冷通道（hot aisle/cold aisle） 热通道/冷通道数据中心的服务器机架和其他计算设备的布局设计。热通道冷通道构造旨在通过管理气流来节约能源和降低冷却成本。 2.22 乙二醇（或水）干式冷却器 glycol（water）drycooler 由室外空气对管内带有排热量的乙二醇溶液（或水）进行冷却的冷却器。被冷却的乙二醇溶液（或水）可以用于制冷系统冷凝器的冷却介质，或者低温季节采用乙二醇自然循环冷却器用于冷却机房内的循
19、环空气。简称干冷器。 2.23 双冷源式 dual cool 在风冷式、水冷式或冷水式机房空调吸热侧的空气处理通道中，再附加一套冷水盘管，其冷水由其它冷源提供，可实现以不同冷源制冷运行的机房空调。 三三 数据中心数据中心分级分级 9 3.1概述概述 随着信息化的深入，越来越多用户需要大量的数据处理和信息交换，相应的越来越多的企业开始建设数据中心建设，专门的数据中心服务企业也应运而生，为其他机构提供专业的数据服务。 数据中心是业务系统与数据资源汇聚的 场所，从应用层面看，包括业务系统、基于数据仓库的分析系统；从基础设施层面看，包括服务器、网络、存储、供电、环境和管理系统。 3.2 数据中心的数据
20、中心的分类和分级分类和分级 按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，甚至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。 我国在 2008 年制定的电子信息机房设计规范GB 50174-2008，从机房可用性角度将电子信息机房定义为 A、B、C 三类，其中 A 类要求最高（如表1 所示）。数据中心一般按 A 类或 B 类标准执行。 图表 1 电子信息机房分类 美国 TIA 942 标准与 Uptime Institute 的定义，将数据中心的可用性等级分为四级（如表 2 所示）： 图表 2 TIA942 对机房的分类
21、 10 从以上可以看出，两个标准对于机房的可用性定义基本一致。数据中心空调系统的要求和配置也与机房的可用性等级直接相关。 四四 数据中心的环境要求数据中心的环境要求 4.1 数据中心的数据中心的功能功能分区分区 通常数据中心作为一幢建筑单体(为少数，如：IDC 或大型企业数据中心)或某一建筑中的一部份(为多数，占公共建筑物中的一个局部区域)的形式构建。一个数据中心通常主要包括：主机房、辅助机房、支持机房和行政管理区等。各机房面积的选取应可参考 GB50174-2008电子信息系统机房设计规范的 4.2中的规定。 主机房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
22、机房、网络机房、存储机房等功能区域。 辅助区为用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、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。 支持区是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。 行政管理区是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11 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。 在数据中心中，主机房一般安排在中间位置, 并且尽量使主机房设计为规正的四方型。应尽量避免采用圆型、L 型以及过于狭长的长方型建筑，此
23、类数据中心不利于机房内的设备布置以及气流组织分配。 捷联提供相关示意图。 4.2 数据中心的数据中心的温、湿度温、湿度环境环境要求要求 4.2.1 数据中心环境特点 数据中心中都安装有大量的计算机设备，计算机处理速度越来越快、存储量越来越大、体积越来越小是计算机发展的趋势，也就是说单位面积的散热量越来越大。而在机房场地建设时，为节省初期项目投资，满足一定时期内的业务发展和设备需要，在满足必须的设备运行、维护通道的前提下，一般用户都希望尽可能多地安装设备及设备机架， 这就形成了与民用建筑和工业厂房空调负荷的显著区别。 A. 显热量大 数据中心内安装的服服务器、路由器、存储设备、交换机、光端机等计
24、算机设备以及动力保障设备，如 UPS 电源，均会以传热、对流、辐射的方式向数据中心内散发热量，这些热量仅造成机房内温度的升高，属于显热。一个服务器机柜散热量在每小时几千瓦到十几千瓦，如果是安装刀片式服务器，散热量会高一些。数据中心设备散热量一般均在 400Wm2 以上，装机密度较高的数据中心可能会到 1000 Wm2 以上。机房内显热比可高达 95%。 B. 潜热量小 不改变机房内的温度，而只改变机房内空气含湿量，这部分热量称为潜热。机房内没有散湿设备，潜热主要来自工作人员及室外空气，而大中型数据中心一般采用人机分离的管理模式，机房围护结构密封较好，新风一般也是经过温湿度预处理后进入机房，所以
25、机房潜热量较小。 C. 风量大、焓差小 设备的热量是通过传导、辐射的方式传递到机房内，设备密集的区域发热量集中，为使机房内各区域温湿度均匀，而且控制在允许的基数及波动范围内，就需要有较大的风量将余热量带走。 另外， 机房内潜热量较少， 一般不需要除湿，12 空气经过空调机蒸发器时不需要降至露点温度以下， 所以送风温差及焓差要求较小，为将机房内余热带走，就需要较大进风量。 D. 不间断运行、常年制冷 机房内设备散热属于稳态热源，全年不间断运行，这就需要有一套不间断的空调保障系统，在空调设备的电源供给方面也有较高的要求，不仅需要有双路市电互投，而且对于保障重要计算机设备的空调系统还应有发电机组做后
26、备电源。长期稳态热源造成即使在冬季机房内也需要制冷，尤其是在南方地区，更为突出。在北方地区，如果冬季仍需制冷，在选择空调机组时，需要考虑机组的冷凝压力和其他相关问题，另外可增加室外冷空气进风比例，以达到节能的目的。 E. 多种送回风方式 空调房间的送风方式取决于房间内热量的发源及颁布特点，针对机房内设备密集式排列，线缆、桥架较多以及走线方式等特点，空调的送风方式分为下送上回、上送上回、上送侧回、侧送侧回、上送后回、前下送上回等。 F. 静压箱送风 机房内空调送回风通常不采用管道，而是利用高架地板下部或天花板上部的空间作为静压箱送回风，静压箱内形成的稳压层可使送风较均匀。 G. 温湿度要求高 由
27、于服务器、存储设备、路由器等电子信息设备的制造精度越来越高，导则其对环境的要求也较高。 对温湿度均有较高的要求。温度过高会造成服务器设备故障率升高、可靠性下降，甚至直接造成设备宕机。湿度会影响电子设备内部电路故障，湿度过低易使设备产生静电，造成电子部件击穿短路等故障，湿度过高会造成电器元件短路、腐蚀等。 H. 洁净度要求高 电子计算机机房有严格的空气洁净度要求。空气中的尘埃、腐蚀性气体等会严重损坏电子元器件的寿命，引起接触不良和短路等，因此要求机房专用空调能按相关标准对流通空气进行除尘、过滤。另外，要向机房内补充新风，保持机房内的正压。主机房与其他房间、走廊间压差不应小于 5Pa，与室外静压差
28、不应小于 10Pa。 4.2.2 数据中心环境要求 13 目前在国内对数据中心环境要求最权威的标准为 GB50174-2008电子信息系统机房设计规范。标准规定了电子信息机房在不同区域的温湿度要求，主机房和辅助区采用标准规定的温湿度要求，基本的环境设计可按照标准附录 A中的环境要求，参见下表摘录部分。而数据中心的支持区（不含 UPS 室）和行政管理区的温、湿度控制值应按现行国际标准 GB50019采暖通风与空气调节设计规范的相关规定。标准对不同等级的机房以及不同性质的机房的环境要求进行了划分，大部分数据中心属于 A 级或 B 级。 图表 3 不同机房等级的环境要求 标准电子计算机机房设计规范还
29、对机房的洁净度有要求：主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于 0.5 m 的尘粒数，应小于 18000 粒。 A 机房机房温度要求温度要求 在正常工作的服务器中， 一般 CPU 的温度最高， 当电子芯片的温度过高时，非常容易出现电子漂移现象，服务器就可能出现宕机甚至烧毁。 数据中心温度是确保服务器等 IT 设备正常稳定运行的先决条件， 温度对设备的电子元器件、绝缘材料以及存储介质都有较大的影响。数据通信设备运行时14 会产生极大的显热量， 当数据通信设备较长时间处于高温或较大温度变化梯度的环境中时，可能因温度过高而出现宕机现象，温度太高，可使数据处理设备工作环境恶化，长
30、此以往，将缩短电子信息设备的使用寿命，也使电子信息设备的可靠性降低。 因此机房环境温度与设备运行的可靠性之间有必然联系。 电子信息系统机房设计规范(GB 501742008)中对相应机房的设计温度也做了规定，该规范将电子信息系统机房划分成 3 级。对于数据中心来讲，均应按 A 级与 B 级要求控制主机房温度，其主机房设计温度为 23l，C 级机房的温度控制范围是 1828，机房不工作时，其温度应控制在 535。辅助机房的无能的控制范围为 18-28。另外对于不间断电源(UPS)和电池室要求温度控制在 15-25。 美国的 ASHRAE（美国暖通制冷空调工程师协会）发布的ASHRAE Envir
31、onmental Guidelines for Datacom Equipment 2008也对数据中心的环境进行了详细的规定和解释。ASHRAE 在 2008 版本中推荐的温度范围为 18-27， 相比 2004 版本的 20-25要求放宽了很多。 推荐的湿度范围为大于 5.5的露点温度的相对湿度，小于 60%的相对湿度。放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候,可以减少机房制冷、加热、加湿、除湿的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高 PUE。 图表 4 ASHRAE 对数据中心环境要求的变化 在实际的机房运行过程中, 机房环境的控制要求可以根据实际要求参考以上标准以及季节等因素进行区别设定,
32、以达到降低机房能耗的要求。在特殊情况需要根据数据设备供应商的要求而定。 B 环境温度变化环境温度变化率要求率要求 一些数据通信设备制造商制定了数据通信设备允许环境温度变化率的标准， 以避免环境温度的突然变化对数据通信设备造成冲击。环境温度变化率标准可适应所有已安装的数据通信设备。国标推荐的温度变化率为小于 5/h。ASHRAE 推荐最大环境温度变化速率为 5/h。 磁带和存储设备对温度变化速率15 要求更高，相关厂家一般要求其环境温度变化速率小于 2/h，湿度变化速率小于 5%/h。但一旦空凋冷却系统出现故障，设备周围环境温度的变化速率可能比很大，甚至超过 20。 数据通信设备不工作时可以允许
33、其环境温度在一个较大范围内变化，但需要向数据通信机房提供不间断供冷，以维持最低的运行工况，避免数据通信设备受到热冲击。 C 相对相对湿度要求湿度要求 较高的相对湿度会使数据中心内的设备的短路、磁带介质出错和元器件及电路产生腐蚀现象。在极端的情况下，相对湿度较高还会使设备的冷表面可能出现冷凝现象， 这对设备的威胁更大。 较低的相对湿度将产生影响设备运行的静电，造成元器件的击穿、短路等故障，甚至可能损坏设备。磁带和存储介质在低相对湿度下也会产生过度磨损，所以数据中心环境湿度应控制在合适的湿度范围内。 电子信息系统机房设计规范中推荐机房的湿度为：A 级与 B 级机房要求控制主机房湿度 40%-55%
34、，其辅助机房的湿度的控制范围为 35%-75%。 ASHRAE（美国暖通制冷空调工程师协会）发布的ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment 2008中推荐的湿度范围为大于 5.5的露点温度的相对湿度，小于 60%的相对湿度。推荐湿度的下限改为了露点温度，放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候,可以减少机房加湿、除湿、加热的耗能，降低机房空调系统的能耗，提高 PUE。 D 空气过滤要求空气过滤要求 空气中的尘粒将影响数据通信设备运行，因此，数据中心的空调系统应采用高效的、合适的过滤装置。腐蚀性气体会快速破坏印刷电路板上的金属薄膜和
35、导电体，导致末端连接处电阻值增大。尘粒在散热板上堆积也将增加热阻，降低换热效率。另外，灰尘在高湿环境中会加快设备的腐蚀，使设备寿命下降。 电子信息系统机房设计规范中要求 A 级和 B 级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于 0.5 m 的尘粒数应少于 18000 粒。主机房内空调系统用循环机组宜设初或中效两级过滤器。新风系统应设初、中效空气过滤器，宜设亚高效过滤器。 E 新风要求新风要求 16 为保持机房正压，数据中心空调系统必须提供适量的室外新风，数据通信机房保持正压可防止污染物渗入室内。虽然大多数数据中心内人员较少，但也需确保室内人员的新风需求和卫生要求， 室内人员的新
36、风需求量应满足全国或当地设计标准。 电子信息系统机房设计规范中空调系统的新风量应取下列二项中的最大值：维持室内正压所需风量；按工作人员计算，每人 40m3/h。 4.3 数据中心数据中心的的其它相关要求其它相关要求 数据中心中和环境控制有关的还有保温、密封、防潮、防尘、防水、防火等，需要给予高度重视，以确保计算机系统长期可靠运行工作。 这就对机房设计和装修提出了要求， 对新建机房的建筑物进行实地勘查， 依据国家有关标准和规范，结合所建数据中心各系统运行特点进行总体设计。 数据中心装饰装修的基本作用就是要满足数据中心机房防火、防水、防尘、防静电、隔热、保温、屏蔽等要求。下面重点介绍保温、密封、防
37、尘、防水。 4.3.1保温保温和密封和密封 数据中心机房的冬季保温、 夏季隔热以及防凝露等技术问题是机房设计的重要考虑因素。尤其在夏季，室外温度较高，空气相对湿度大，机房内外存在较大的温差， 这时如果机房的保温处理不当， 会造成机房区域两个相邻界面产生凝露，更重要的是下层天花的凝露会给相邻部分设施造成损坏而影响工作， 同时会使机房区域的机房专用空调的负荷加大，造成能源的浪费。在冬季，由于机房的温湿度是恒定值，此时机房相对湿度度高于室外，机房的内立面墙及天地平面产生凝露，使机房受潮，造成墙立面及天地平面建筑结构造成损坏，而影响机房的洁净度。 为了节约能源，减少日后的运行费用，根据以上分析，计算机
38、机房相邻界面凝露应按其起因而采取相应的措施来控制平面、立面隔热及热量的散失，而且数据中心主机房一般建议采用无窗设计或需要对窗户做密封处理。 顶板应考虑保温，楼层地板与幕墙之间需考虑保温隔断处理。 建筑围护结构特别是改建机房的建筑围护结构，其热工性能如不符合GB50189一2005公共建筑节能设计标准的有关规定，那么在机房装饰设计时，需作墙体保温设计。 专用空调区域采用地板下送风的形式，出风口温度较低，有时会造成下一层17 楼顶结露，所以需要考虑地面做保温层，既能减少制冷需求，降低运行费用，又不至于使下一层楼顶结冷凝水。宜采用下一层楼顶做保温方式。 此外，新风管道也需要做保温处理。 机房的另外一
39、个重要方面就是密封问题，密封可保证机房正压，有利于机房内温湿度以及洁净度的控制。其中管道孔的密封问题是经常被忽略的，如果进出机房的管道孔没有做良好的密封，首先会增大机房空调的负荷，而且还会影响机房的洁净度。在雨季，雨水有时会顺着管线流入机房；在冬季，室内外温差会造成管线结露。在有些机房的建设中，装饰装修部分的施工和电气及空调管线的施工为不同单位，如果工程监理不到位或是工程界面划分不明确，就会使进出机房管道孔的密封成为施工的盲点，因此必须引起足够的重视。 机房外窗宜采用双层玻璃密闭窗，并设窗帘以避免阳光的直射。当采用单层密闭窗时，其玻璃应为中空玻璃。 吊顶空间较高时，不宜直接从吊顶内回风，可设计
40、双层顶以减少空调负荷和灭火气体容量。 4.3.2 防水防水 对于数据中心机房，水患是不容忽视的安全防护内容之一，数据中心水的来源主要是空调系统产生或引入。由于水患，轻者造成机房设备受损，降低使用寿命；重者造成机房运行瘫痪，中断正常营运，带来不可估量的经济损失和政治影响。因此，数据中心水患的防护是机房建设及日常营运管理的重要内容之一。 在机房外围隔断、幕墙边缘、机房区活动地板下沿走廊处地板下设置适当高度的挡水墙，并应在挡水坝内设置地漏，以防发生水患并能及时排水，并对挡水坝内的地面及挡水坝做防水处理。空调给水和排水尽可能不经过主机房（主要通过走廊） ，不可避免时，水管应做好防结露保温，水管建议采用
41、铝塑管，接缝处确保严密。为了使产生水情能及时处理，在可能产生水的地方（机房专用空调四周和靠走廊地板下）采用漏水报警系统。这样不仅从技术上，也从物理上充分杜绝了机房漏水的情况。与机房区无关的水管不得穿过主机房。不可避免时，应做好防结露保温，水管采用镀锌钢管螺纹连接，接缝处确保严密并经试压检验。 4.3.3 防尘防尘 按GB 501742008规定： “ A&B级机房内的尘埃标准要达到规范的要求，即粒度大于或等于0.5um的尘埃个数18000粒/升） ” 。专用空调区防静电活动地18 板下的地表和四壁装饰可采用水泥砂浆抹灰。地表材料应防尘、平整、耐磨。对地板下所有区域需要防尘处理，天花、拦水坝等区
42、域均作防尘处理。 要求严格控制机房内的洁净度，主要从以下几个方面： 采用专用空调、 新风系统， 对于进入室内的新鲜空气应进行过滤处理 （中效、亚高效过滤） 。 灯具及桥架（净高2.8m）以上四壁应抹灰，楼板底面应清理干净，并刷黑色防尘漆，管道饰面，亦应选用不起尘的材料，并刷黑色防尘漆。 为满足计算机对含尘量的较高要求，除主材选用不起尘的材料外，机房专用空调区域地板下、吊顶内需作防尘处理（拦水坝内侧区域也需做防尘处理） ，在机房入口处设置换鞋柜/鞋套机，以减少机房尘埃污染，使机房区域与其他部位有效地分隔为两个不同指标的空间环境。 4.3.4 空调系统的空调系统的防火防火措施措施 空调系统与消防要
43、进行联动，避免扩大火灾区域。 如果有风管通过防护分区隔墙时应设置防火阀。 五五: 数据中心的数据中心的机柜机柜和和空调设备空调设备布局布局 机房内的设备布局需要考虑多种因素，如设备散热、机房管理、人员操作和安全、设备和物流运输、安装和维护等。本文主要针对设备散热进行详细介绍。 和设备散热最密切的两个机房设备是机房空调和机柜， 机房空调提供散热所需的制冷量，机柜则是发热设备的载体，设备的散热都需要通过机柜进行。 服务器等设备是数据中心的核心设备， 其设备散热也是数据中心制冷系统的中心目标。因而服务器的散热形式也就决定了数据中心的制冷方式。早期的服务器、交换机、存储等设备缺乏统一的标准和规范，各个
44、厂家的产品有着各自的散热结构，设备内部气流方向是比较混乱的，有下进后出、前进后出、侧进侧出、前进侧出等多种方式。 随着数据中心应用的设备越来越多，功率密度越来越高，各种IT设备逐步采用相关国际标准，规范了气流设计。目前已经形成了设备进出风形式采用前进后出的共识。如Intel在关于服务器电源的相关标准中，对风扇及风道设计作了详细设计，在Power Supply Design Guideline for 2008 Dual-socket Server and Workstations版本1.0 中，定下了ERP1U服务器电源的要求, 空气前进后出，19 水平流动。也有少量设备采用了其它的气流组织，
45、数量日趋减少。 图表 5 服务器主板气流方向 服务器进风温度，由服务器内部电子器件工作条件决定，主流厂家和规范要求一般为1825，大部分为2224；进风风量由服务器发热量决定，如某型1U高机架式刀片式服务器， 满载运行功率达400W， 根据进出风温差设计不同，一般需冷却风量80-140m3/h左右。 5.1 机柜机柜及其布置及其布置 5.1.1数据中心机柜 随着服务器等IT设备的更新，尤其是机架式、刀片式服务器的大量应用，机柜系统内供电、散热、布线管理的复杂程度大大提高。单机柜内设备数量、功率密度、发热密度都有巨大提高，为解决高密度机柜的承重、布线管理、供电、散热问题，数据中心对的服务器机柜系
46、统有了更高的要求。为适应这些应用要求，出现了很多行业和企业规范和标准，规范服务器机架/机柜的应用，适应服务器的变化要求。 A 数据中心服务器机柜系统的标准化数据中心服务器机柜系统的标准化 根 据 国 标 电 子 设 备 机 柜 通 用 技 术 条 件 GB/T 15395 1994 、ANSI/EIA-RS310-C 和 EIA/TIA568 的要求， 服务器等主设备标准尺寸为， 宽度：19 英寸、23 英寸；高度以 U 为单位（1U=44.4mm） 。而目前最常用的服务器宽度为 19 英寸。因而目前应用最多的是 19 英寸服务器机柜，内部安装高度一般为 42U 或 46U。深度最常见的尺寸为
47、 900-1200mm。 20 图表 6 服务器机柜尺寸规格 B 机柜系统散热管理机柜系统散热管理 服务器等 IT 设备功率密度的持续提高带来了机柜散热的问题，有的采用传统的机柜内加风扇，加大对机柜内服务器等 IT 设备的送风量。大部分机柜采用和服务器气流一致的前进风方式，出风方式以后出风为主，也有顶出风的方式。下图给出了几种常见的机柜进出风方式。 图表 7 常见的机柜进出风方式 由于采用了高热密度的设备，机柜内发热量大大提高，需要高通风量以利于机柜内设备的散热， 所以机柜多采用高通孔率的网孔门， 基本采用前后网孔门，网孔门的通孔率取决于设备的发热量和通风量的要求。 机柜内的交换机、服务器等
48、IT 设备有大量的数据线缆和电力电缆，需要对这些线缆和电缆分别管理和配置。 在机柜内可加装气流隔离、导流附件装置，如盲板（假面板）、导流罩等附件，隔离冷热气流，减少气流阻碍，利于进出气流流动，利于机柜发热大的设备宽度：19 英寸/23 英寸 深度：6001200mm 高度：常见 2000/2200/2600mm 高度以 U 为单位标注 42U/46U/50U 21 散热。特别是在冷热通道布局中，需要使用盲板，将服务器机柜上空闲的 U 空间挡住，减少冷空气与热空气的无效热交换。 机柜内设备发热量不同，所需的风量也不同，此外风量的大小还和机柜进出风温差有关，允许的进出风温差越大，机柜所需的风量也就
49、越小。机柜进风量的要求，可以参考下表。 图表 8 在不同进出风温差时的风量需求 T：温差（K) 1kw 热量对应风量 m3/h 6 498 7 426 8 373 9 332 10 299 11 271 12 249 注：计算公式为 V=3600*Q/（C*P*T），其中V：风量 m3/h；Q：发热量 kW；C: 空气密度取值1.2kg/m3；P: 空气比热容 取值1.005kj/(kg.K) ；T：进出风温差，。以上数据均为在标准大气压取值。 5.1.2 机柜的布置 机柜的布置需要考虑设备散热、维护、搬运、消防等因素。 由于目前机柜大多采用前进风后出风的方式，机柜摆放有两种方式：机柜朝向一致
50、摆放方式和面对面背对背的摆放方式。对于每个机柜小于1KW的低热密度机房，两种机柜摆放方式都可以满足要求。 对于每个机柜大于1KW的中高热密度机房，从冷却角度考虑，机柜或机架的布置宜采用面对面和背对背的方式。 这种摆放方式可以避免前排机柜送出的热风对后排机柜造成影响，而且形成的机房的冷热通道布局，冷热气流相对分离，避免了冷热气流的无效混合，提高冷量利用率，并可提高单机柜的热负荷。 22 图表 9 中高热密度机房的冷热通道布局示意图 23 5.2 机房空调及其布置机房空调及其布置 5.2.1 机房空调概述 空调设备是一种人为的空气调节装置， 它可以对房间进行降温、 减湿、 加热、加湿、通风、净化等
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