请论述数据中心机房建设需要考虑哪些方面（数据中心机房规划与建设关键技术）

一 IDC环境对空调要求

• 数据中心是热密度高的环境与场所，数据中心内的计算机服务器等IT设备对机房的环境有较高的要求。
• 数据中心内的热、湿负荷的特点是，既要求空调系统的制冷能力较强，以便在单位时间内消除机房余热，又要求空调机的蒸发温度相对较高，以免在降温的同时进行不必要的除湿。
• 同时，数据中心机房应用场地内，其服务对象服务器、交换机、路由器、存储等IT类设备，对机房用的空调有着相同的要求。

大的单位发热量对空调的要求

• 大制冷量：数据中心机房的热负荷很大，IT类设备的发热严重，致使单位面积热负荷远高于办公区域，即热负荷很大;因为这些设备不产生湿度变化，所以湿负荷较小。这要求机房的空调制冷能力强，在单位时间内快速消除设备发生的热量。

• 小焓差：同时要求空调的蒸发温度相对较高，避免降温的同时进行不必要的除湿。

• 大风量：因为机房用空调要求送风的焓差小，避免不必要的除湿，而另外又要求大制冷量，所以必须采取大风量的设计。大风量的循环也有利于机房的温度、湿度等指标的稳定调节，也能保证机房温度、湿度均衡，达到大面积机房气流分布合理的效果，避免机房局部的热量聚集。

• 大冷风比：冷风比是空调设备的风量和冷量之比。为了提高运行效率、保证机房气流组织、提高过滤空气的洁净度，通信机房要求的空调设备的风量较大，因此数据中心机房、通信机房空调设备比普通舒适性空调的风冷比大，两者相差近2倍。

相对湿度控制的要求

• 虽然数据中心机房的IT设备不产生湿度的变化，但是机房的湿度必须保证在一个范围之内，通常为40%-55%。

• 湿度过低，容易导致电子元器件的静电产生，造成静电放电乃至击穿;湿度过高，又容易导致设备与元器件的表面揭露而出现冷凝水，发生漏电或短路现象而无法正常工作。因此，要求数据中心机房空调机具备加湿与除湿功能，并能将相对湿度控制在允许的范围内。

除尘与空气净化要求

• ‍除了温度和相对湿度的要求外，数据中心机房的空调还必须具备除尘与空气净化的性能。由于机房内的灰尘会影响IT类设备的正常工作，灰尘积累在电子元器件上易导致电路板腐蚀、绝缘性能下降、散热不良等诸多问题，要求数据中心机房空调机的空气过滤器具备良好的除尘与空气净化功能。

不间断的可靠运行

• ‍IT类设备不间断运行，也要求空调机能365d×24h地不间断可靠运行。即使在冬季也需要提供相应的制冷能力，并能稳定满足冷凝压力与北方寒冷低温运行环境的要求。
• 数据中心机房的可靠性要求很高，空调机必须在工作寿命（通常要求为8年）内可靠稳定运行，为机房提供恒温、恒湿的环境。

可监控、可管理的要求

• 数据中心的空调机组数量较多，必须进行科学、专业的维护与管理，这要求具有空调机组的远程监控和管理功能。同时，数据中心的空调是主要的能耗设备之一，要求空调机组的节能运行，也需要空调的可监控、可原理。

二 常用空调原理介绍

• 空调：空气调节器的简称
• 制冷：从低于环境温度的空间或物体中吸收热量，并将其转移给环境介质的过程称为制冷。
• 空调用制冷技术属于普通制冷范围，主要是采用液体气化制冷法。主要是利用液体气化过程要吸收比潜热，而且液体压力不同，其沸点也不同，压力越低，沸点越低。
• 根据热量从低温物体向高温物体转移的不同方式，可分为：蒸气压缩式制冷、吸收式制冷。
• 对于蒸气压缩式制冷，其工作原理就是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热、接流和吸热四个主要的热力过程，以完成制冷循环。

• 风冷式系统
• 工作原理与普通舒适性家用空调完全一样，仅有一个制冷剂循环系统，室内机和室外机之间一般通过铜管连接，通过制冷剂的蒸发与冷凝完成热量的转移。
• 水冷系统
• 普通冷水主机
• 风冷式：高温回水流入机组，被制冷剂盘管冷却，制冷剂将热量带到风冷冷凝器中，由风机驱动环境空气对其进行强制散热；
• 水冷式：制冷剂由冷却水降温散热，一般需要建设冷却塔。
• 自然冷却冷水主机：
• 当室外温度较低时，利用冷空气冷却高温回水，不需要开启压缩机即可为空调室内机提供冷量。
• 双冷源系统

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• 风冷式机组在现有的数据中心机房的应用最为广泛。
• 优点：
• 直接蒸发制冷循环，没有冷冻水和冷却水系统。
• 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。
• 安装内容相对简单。
• 室外机安装分散，不需太多考虑室外机承重问题。
• 日常维护相对简单，不需考虑水系统。
• 缺点：
• 对于大型数据中心，常用的风冷机组、压缩机制冷系统均需要一套制冷铜管连接，工程量巨大。
• 室内机、室外机距离受到限制，当量长度大于50m时效率会有较明显的下降。
• 在大型数据中心中室外机由于数量较多，占用的面积要相对大一些。

• 优点：
• 冷凝器、蒸发器均在室内机内部，制冷循环在机组内部完成，制冷效率相对风冷高
• 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
• 可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
• 扩容方便，初期设计时留好接口，不需要在投入使用后需要扩容时再寻找室内、室外机通道。
• 水循环管道不需要太厚的保温处理，节省通道空间。
• 缺点：
• 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。
• 施工工程相对复杂，需要有压力管道施工工艺的工程队完成。
• 日常维护的工作较风冷型复杂，对水质的要求相对较高，故障率和维护成本较高，容易形成单点故障，但比冷冻水型简单。
• 节能效果有限，在中小机房使用能耗较高。

三 制冷需求测算方法

• 千瓦（kW)—国际单位制，把制冷量统一到功率相同单位，是现在制冷界努力的方向。
• 大卡（kcal/h）—习惯使用单位，与kW的换算关系为
• 1大卡 = 1.163W 1W = 0.86大卡
• 1万大卡=11.6千瓦
• 冷吨（RT）—1吨0℃的冰在24小时内变成0℃的水所吸收的热量。日本冷吨：1000千克水、美国冷吨：2000磅水。 1冷吨=3.517kW
• 匹（HP）—又称马力、匹马力，即表示输入功率，也经常表示制冷量。表示功率时 1HP=0.735kw表示制冷量时，实际含义为消耗1hp功率所产生的制冷量 1HP--2.2KW
• 精密空调的负荷一般要根据工艺房间的实际余热余湿以及状态的变化进行准确计算，但在条件不允许时也可估算，下面介绍两种简便计算方法：

方法一：功率及面积法

Qt=Q1 Q2

Qt 总制冷量（KW）

Q1 室内设备负荷（=设备功率×0.8）

Q2 环境热负荷（=0.18kW/m2 ×机房面积）

方法二：面积法（当只知道面积时）

Qt=S×P

Qt 总制冷量（KW）

S 机房面积（ m2）

P 冷量估算指标(根据不同用途机房的估算指标选取)

冷量估算指标参考

在没有明确的需求的前提下，可按下述参考指标测算。

• 电信交换机房、移动基站（300-350W/m2）
• IDC数据中心 （600-800W/m2）
• 计算机房、计费中心、控制中心、培训中心（300-350W/m2）
• 电子产品及仪表车间、精密加工车间（300-350W/m2）
• 标准检测室、校准中心 （250-300W/m2）
• UPS和电池室、动力机房（300-350W/m2）
• 医院和检测室、生化培养室、洁净室、实验室（200-250W/m2）
• 仓储室（博物馆、图书馆、档案管、烟草、食品）(150-200W/m2)

四 机房气流组织

五 蓄冷技术

为什么需要蓄冷？

• 数据中心要求7*24*365天工作，要求相应的空调系统不间断运行，以保证数据通信设备运行的安全性和可靠性。
• 空调系统的电源故障情况下：
• 冷水机组进入故障保护状态，在电力供应恢复后，各个模块进行巡检，并确认正常运行后，冷水机组才能正常启动。这段恢复过程所需要的时间目前一般在1~15分钟，各厂家情况不一样。
• 在常规电力系统发生故障时，备用的柴油发电机组可以紧急启动提供后备电力，从柴油发电机组启动至稳定供电的过程需要一段时间，长的可达3分钟。
• 这两方面的原因导致了空调系统在电力系统发生故障时会有一段供冷不足的时段。为了能很好地解决这一安全隐患，在空调系统中可通过设置蓄冷设施，储备备用冷量来解决这一问题。

蓄冷基本概念

• 蓄冷过程伴随：温度变化、物态变化、化学反应。
• 蓄冷设备：
• 用来储存水、冰或其它介质的设备，通常是一个空间或一个容器。
• 蓄冷系统：
• 包含了蓄冷设备、制冷设备、连接管路及控制系统。
• 蓄冷空调系统：
• 蓄冷系统与空调系统的总称
• 尽可能地利用非峰值电力，使制冷机在满负荷条件下运行，将空调所需的制冷量以显热或潜热的形式部分或全部地储存于蓄冷介质中，一旦出现空调负荷，便释放出来，满足空调系统的需要。

六 空调配置设计实例

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