基于某通信機(jī)房暖通設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司 汪慧琳

通信機(jī)房包括服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、存儲(chǔ)等IT 設(shè)備，由于機(jī)房設(shè)備都是由高精密的電子元器件構(gòu)成，因而對(duì)機(jī)房溫濕度及潔凈度的要求很高。通信機(jī)房暖通空調(diào)布置應(yīng)基于機(jī)房設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)一年四季、24小時(shí)不間斷運(yùn)行的特點(diǎn)，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)以現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、模擬計(jì)算，遵守實(shí)用、安全、經(jīng)濟(jì)合理的原則，滿足制冷工藝流程、運(yùn)行與管理方便提出針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，并在設(shè)計(jì)中對(duì)其他設(shè)備、線路布置、使用沒有不良影響。機(jī)房暖通空調(diào)機(jī)組數(shù)量眾多，在設(shè)計(jì)時(shí)除了要將溫度、相對(duì)濕度等指標(biāo)控制在允許范圍內(nèi)，還應(yīng)滿足除塵與空氣凈化要求，避免灰塵長期積累而造成精密元器件散熱不良、絕緣性下降，從而影響機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行?？煽闯?，加強(qiáng)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，合理配置空調(diào)系統(tǒng)是通信機(jī)房安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

某汽車工業(yè)園需在3、4號(hào)樓各新建一間通信機(jī)房，項(xiàng)目配置清單由客戶自定，主要設(shè)備包括部分機(jī)房裝修、UPS 主機(jī)、UPS 電池、相關(guān)輸入和輸出配電柜、服務(wù)器機(jī)柜×5、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜×4，并為以上設(shè)備配置相關(guān)環(huán)控設(shè)備。其中通信機(jī)房暖通設(shè)計(jì)結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理及通信機(jī)房特點(diǎn)，采用恒溫恒濕精密空調(diào)，以此確保電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，并排出機(jī)房內(nèi)設(shè)備及其它熱源所散發(fā)的熱量，維持機(jī)房內(nèi)恒溫恒濕狀態(tài)，并控制機(jī)房的空氣含塵量[1]。

1 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)參數(shù)

由于通信機(jī)房熱負(fù)荷較大，IT 類設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，高于辦公區(qū)域單位面積熱負(fù)荷；機(jī)房空調(diào)制冷能力強(qiáng)但設(shè)備自身不會(huì)有濕度變化產(chǎn)生、濕負(fù)荷相對(duì)較小，故需機(jī)房暖通空調(diào)對(duì)設(shè)備發(fā)生的熱量在單位時(shí)間內(nèi)快速消除；其次，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意焓差，空調(diào)蒸發(fā)溫度因相對(duì)較高，必須避免降溫的同時(shí)保證不必要的除濕；為了達(dá)到機(jī)房溫度、濕度均衡，機(jī)房空調(diào)采取大風(fēng)量設(shè)計(jì)，以此對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)房溫度、濕度等指標(biāo)十分有利，使分布更加合理，解決局部熱量聚集的問題；此外在設(shè)計(jì)中還應(yīng)注重風(fēng)量與冷量之比，空調(diào)設(shè)備采用大風(fēng)量低焓差為原則，新風(fēng)設(shè)備配置中、高效過濾器以提高過濾空氣潔凈度，使機(jī)房氣流組織更加流暢。

針對(duì)本項(xiàng)目暖通空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)中根據(jù)機(jī)房負(fù)荷及排布采取合理的單機(jī)冷量和備份臺(tái)數(shù)，秉承合理的經(jīng)濟(jì)投入目標(biāo)最大限度提高運(yùn)行效率，節(jié)約運(yùn)行成本。本項(xiàng)目室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)如下：室外計(jì)算溫度（℃）：夏季空氣調(diào)節(jié)34.6、夏季空氣調(diào)節(jié)日平均31.3、冬季空氣調(diào)節(jié)～1.2；濕球溫度。夏季室外平均每年不保證50小時(shí)28.2℃；室外計(jì)算相對(duì)濕度。冬季空氣調(diào)節(jié)74%；室外風(fēng)速（m/s）。夏季3.4、冬季3.3；大氣壓力（hPa）。夏季1005.7、冬季10 26.4；室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：通信機(jī)房。全年18～27℃，相對(duì)濕度≤60%，不得結(jié)露；電力電池室。全年18～28℃，相對(duì)濕度35%～75%，不得結(jié)露。

2 通信機(jī)房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 熱負(fù)荷分析

對(duì)通信機(jī)房進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算分析是確定空調(diào)機(jī)容量前提，并以此達(dá)到溫度、濕度、潔凈度、送風(fēng)速度指標(biāo)要求。該機(jī)房熱負(fù)荷主要來自機(jī)房內(nèi)部和外部產(chǎn)生的熱量。機(jī)房內(nèi)部熱量主要包括IT 設(shè)備發(fā)熱量、機(jī)房輔助設(shè)施、機(jī)房設(shè)備（電熱、蒸汽水溫及其它發(fā)熱體，這些發(fā)熱量顯熱大、潛熱小），如照明發(fā)熱（顯熱）、工作人員的發(fā)熱（顯熱小、潛熱大）、由水分蒸發(fā)、凝結(jié)產(chǎn)生的熱量（潛熱）。機(jī)房外部產(chǎn)生的熱量為包括墻壁、屋頂、隔斷和地面?zhèn)魅霗C(jī)房的傳導(dǎo)熱；陽光從玻璃照射入房的放射熱；門窗縫隙侵入因?qū)α鞫a(chǎn)生的熱量。目前通信機(jī)房和數(shù)據(jù)中心機(jī)房多為無人值守且對(duì)機(jī)房基本很少留窗，故人員和照明及窗戶傳導(dǎo)的熱量可忽略不計(jì)，通信機(jī)房內(nèi)的熱負(fù)荷是以顯熱負(fù)荷為主。

空調(diào)負(fù)荷主要來源有設(shè)備負(fù)荷（可占總負(fù)荷90%以上）、建筑負(fù)荷、人員負(fù)荷、照明負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷。根據(jù)通信機(jī)房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)室內(nèi)、外參數(shù)進(jìn)行確定后，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷、人員發(fā)熱負(fù)荷、燈光發(fā)熱負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、通訊設(shè)備發(fā)熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。以主設(shè)備標(biāo)稱功率對(duì)其散熱量進(jìn)行計(jì)算，通常設(shè)備發(fā)熱量按照450～650W/平方米進(jìn)行估算，本項(xiàng)目機(jī)房設(shè)備發(fā)熱量按所安裝主設(shè)備發(fā)熱功耗乘以相關(guān)的同時(shí)系數(shù)、需用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。其中中央空調(diào)自用數(shù)據(jù)中心同時(shí)系數(shù)、需用系數(shù)為0.90、0.85，對(duì)外數(shù)據(jù)中心0.90、0.80；機(jī)房空調(diào)（末端）設(shè)備（不含備機(jī)）中央空調(diào)自用數(shù)據(jù)中心同時(shí)系數(shù)、需用系數(shù)為0.92、0.90，0.92、0.85。

2.2 送風(fēng)方式

機(jī)房專用空調(diào)機(jī)送風(fēng)形式多為上送下回式和上回下送式，下送風(fēng)冷氣會(huì)自然下沉、熱氣向上升騰，會(huì)有空氣對(duì)流形成，對(duì)空氣流動(dòng)更為有利，促進(jìn)熱源溫度降溫。若在單機(jī)柜功耗較高的情況下（通常4kW 以上），通過地板風(fēng)口或機(jī)架內(nèi)風(fēng)道僅靠機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器自身風(fēng)機(jī)無法有效帶走熱量。此時(shí)需考慮其他手段，如封閉冷通道、吊頂熱通道回風(fēng)等。本項(xiàng)目由于為小型機(jī)房，單機(jī)功耗也不高，故綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及備份難度，仍采用傳統(tǒng)精密空調(diào)。

無人值守機(jī)房氣流原則為“先冷設(shè)備、后冷環(huán)境”，制冷盡量靠近設(shè)備端，在確保設(shè)備不宕機(jī)的前提下，基于節(jié)能大環(huán)境通過提高回風(fēng)溫度來節(jié)約空調(diào)能耗，故列間空調(diào)、背板等都漸趨流行。對(duì)于本項(xiàng)目中的小型機(jī)房，也可選用列間空調(diào)作為備選參考。將列間空調(diào)機(jī)組放置于機(jī)柜列中間，由封閉冷通道送風(fēng)、熱通道自然回風(fēng)，并在設(shè)備列前后根據(jù)平均單機(jī)功耗保留1.0m 以上的間距。此模式不僅保證氣流順暢，使冷熱氣流短路問題得到解決，還使送風(fēng)距離變短、風(fēng)機(jī)能耗降低、機(jī)柜溫度保持均勻，降低局部熱點(diǎn)問題，促進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)制冷效率提高。

2.3 氣流組織優(yōu)化

通信機(jī)房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)須考慮到機(jī)房潔凈度要求，機(jī)房要在密閉墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)清潔，持續(xù)正壓，避免臟污侵蝕，為提高機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量，新風(fēng)應(yīng)具有兩級(jí)凈化過濾器，并在空調(diào)機(jī)中設(shè)置中效過濾器。本設(shè)計(jì)在新風(fēng)入口處設(shè)置了初、中效過濾器，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備采用定送風(fēng)量變送風(fēng)溫度方式。本項(xiàng)目的機(jī)房內(nèi)IT 設(shè)備與機(jī)架布置是采用背對(duì)背、面對(duì)面擺放的冷熱通道方式，從而使兩列機(jī)柜之間冷通道得以形成，當(dāng)冷空氣至設(shè)備后會(huì)有熱空氣形成，使熱通道中的熱空氣送至上方回風(fēng)口，進(jìn)而回到空調(diào)系統(tǒng)，使整個(gè)機(jī)房氣流更加流動(dòng)順暢，并促進(jìn)精密空調(diào)利用率的提升[2～3]。

2.4 空調(diào)選型

本項(xiàng)目4F 主機(jī)房配置單機(jī)制冷量70kW 風(fēng)冷型機(jī)房精密空調(diào)，空調(diào)機(jī)分為室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分。該型號(hào)空調(diào)在同等制冷量條件下占地面積最?。淮蟊砻娣e的蒸發(fā)器盤管使熱交換更快、更有效率，有利于蒸發(fā)器表面的空氣分配更加均衡，確保節(jié)能；同時(shí)6秒可產(chǎn)生純凈蒸汽的電極加濕系統(tǒng)濕度控制精確，可適應(yīng)各種水質(zhì)，清洗維護(hù)方便；并可拆卸后搬運(yùn)，保證重新組裝與整機(jī)無差別，適合特殊場地搬運(yùn)。此外本項(xiàng)目在2F 配線間使用1臺(tái)5匹商用吸頂式空調(diào)。

2.5 空調(diào)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為新建機(jī)房，故應(yīng)以設(shè)備遠(yuǎn)期規(guī)劃為依據(jù)，對(duì)空調(diào)室外機(jī)安裝區(qū)域進(jìn)行合理預(yù)留，對(duì)空調(diào)維護(hù)進(jìn)行充分考慮。為確?？照{(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行，除應(yīng)進(jìn)行良好備份、方便擴(kuò)容、組織氣流合理設(shè)計(jì)、節(jié)能降耗外，須將配電安全放在首位。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中有效抑制空調(diào)系統(tǒng)故障，提供全年不間斷供冷，以此避免對(duì)通信機(jī)房IT 設(shè)備運(yùn)行造成影響。對(duì)此采取了空調(diào)系統(tǒng)冷源備用方式，制冷主機(jī)選型按照N+1冗余，機(jī)房設(shè)置配備精密空調(diào)2臺(tái)+1臺(tái)備用，以此在任何一臺(tái)空調(diào)發(fā)生故障時(shí)可由備用空調(diào)持續(xù)供冷運(yùn)行，并可對(duì)每臺(tái)精密空調(diào)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行合理分配。機(jī)房末端空調(diào)系統(tǒng)采取交叉供電，可使空調(diào)故障時(shí)對(duì)機(jī)房斷電風(fēng)險(xiǎn)率有效降低。

通信機(jī)房應(yīng)對(duì)房內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，可設(shè)置環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而在冷凝水和加濕水有泄露情況發(fā)生時(shí)、或有結(jié)露水產(chǎn)生時(shí)有警報(bào)響應(yīng)，方便人員排查處理。本項(xiàng)目機(jī)房空調(diào)機(jī)上下水管設(shè)置應(yīng)靠近機(jī)房四周，用磚砌成防水墻并加設(shè)地漏；上下水管送至空調(diào)機(jī)室，其另一端送至同層衛(wèi)生間內(nèi)。為對(duì)機(jī)房內(nèi)漏水問題進(jìn)行有效預(yù)防，設(shè)計(jì)了漏水自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，空調(diào)及新風(fēng)配電均與消防聯(lián)動(dòng)，如房內(nèi)存在漏水現(xiàn)象可立刻自發(fā)報(bào)警并提醒相關(guān)人員進(jìn)行及時(shí)處理，火災(zāi)時(shí)切斷電源。

綜上，通信機(jī)房內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在眾多精密電子元器件，須采取有效供配電系統(tǒng)與制冷空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備來支持信息設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備在日常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠性提供保證，將周邊環(huán)境與機(jī)房內(nèi)部環(huán)境溫度敏感度降至最低?，F(xiàn)階段，基于節(jié)能環(huán)保新理念的提出，需在平衡通信機(jī)房復(fù)雜環(huán)境或更新改造多需求的前提下，對(duì)通信機(jī)房暖通設(shè)計(jì)須匯集多方面創(chuàng)新技術(shù)，改善與優(yōu)化氣流組織，消除局部熱點(diǎn)、節(jié)約空調(diào)運(yùn)行能耗。此外，由于通信機(jī)房暖通空調(diào)機(jī)組數(shù)量眾多，須采取科學(xué)、專業(yè)的管維措施，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以此達(dá)到機(jī)組節(jié)能運(yùn)行目標(biāo)。