數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求與全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)課件

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求與全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)唐瑪琍2012年9月13日數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求

一.數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求（一）數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)溫、濕度的要求1）國(guó)標(biāo)GB50174-2008對(duì)不同機(jī)房等級(jí)和不同功能區(qū)的溫、濕度要求：一.數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求

2）美國(guó)ASHRAE發(fā)布的《ASHRAEEnvironmemtalGuidelinesForDatacomEquipment2011》與2004年版本比較，對(duì)溫、濕度的要求放寬了許多；放寬的要求在保證機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，減少了制冷、加熱、除濕、加濕的能耗，降低了PUE值。

下表所示的溫、濕度是指電子信息設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口參數(shù)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求與全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)課件3）設(shè)備廠商對(duì)環(huán)境的要求

3）設(shè)備廠商對(duì)環(huán)境的要求

（二）數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)空氣品質(zhì)的要求1）對(duì)空氣含塵濃度的要求：國(guó)標(biāo)規(guī)定A級(jí)和B級(jí)主機(jī)房，在靜態(tài)條件下測(cè)試，每升空氣中大于或等于0.5μm的塵粒數(shù)應(yīng)少于18000粒（相當(dāng)于英制50萬級(jí)）。

有的設(shè)備廠商對(duì)機(jī)房潔凈度提出了更嚴(yán)格的要求(如上表所示）。2）腐蝕性氣體對(duì)機(jī)房的污染問題早已引起業(yè)內(nèi)人士的重視，很多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)氣體污染的治理提出了規(guī)范的要求，我國(guó)2011年12月發(fā)表的“數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)白皮書”，論述了腐蝕性氣體的來源、危害、檢測(cè)及處理方法。

白皮書認(rèn)為：腐蝕性氣體主要來源于室外，在以工業(yè)為主的城市、或城市的工業(yè)區(qū)、海邊這些地區(qū)往往空氣污染嚴(yán)重，空氣中的硫化物，氮氧化物等腐蝕性氣體或鹽的濃度較高，這些空氣進(jìn)入數(shù)據(jù)中心后，易使電子設(shè)備發(fā)生故障。因此，機(jī)房必須嚴(yán)格密封并送入一定量經(jīng)過處理的新風(fēng)，以保證機(jī)房?jī)?nèi)的正壓。若機(jī)房?jī)?nèi)腐蝕性氣體含量超標(biāo)，則新風(fēng)應(yīng)經(jīng)過初效、中效、亞高效三級(jí)過濾及化學(xué)濾料的過濾；化學(xué)濾料是經(jīng)過特殊工藝浸泡的活性碳和活性氧化鋁。室內(nèi)可以放置化學(xué)過濾機(jī)組，同樣使用上述的三級(jí)過濾和化學(xué)濾料，消除室內(nèi)腐蝕性氣體。

腐蝕性氣體對(duì)設(shè)備的腐蝕是長(zhǎng)期和大面積進(jìn)行的，其影響具有明顯的滯后性，往往短期內(nèi)不易發(fā)現(xiàn)而被忽視，一旦出現(xiàn)問題會(huì)是大面積的，級(jí)別越高的數(shù)據(jù)中心損失越大。數(shù)據(jù)中心對(duì)環(huán)境的要求還包括對(duì)建筑裝修、結(jié)構(gòu)、防水、防火、保溫、屏蔽等多方面的要求，在此不再詳述。白皮書認(rèn)為：腐蝕性氣體主要來源于室外，在以工業(yè)為主的城市注：1ft3=28.3L=0.0283m3（三）如何保證機(jī)房的潔凈度

1、空氣潔凈度等級(jí)、大氣含塵濃度和過濾器分類

（1）空氣潔凈度等級(jí)注：1ft3=28.3L=0.0283m3（三）如何保證機(jī)房（2）大氣含塵濃度（≥0.5μm塵粒數(shù)）

地區(qū)

年平均

月平均最大值每dm3(L)

空氣中

每ft3

空氣中每dm3(L)

空氣中

每ft3

空氣中北京市區(qū)190956540萬293481830萬上海市區(qū)128052360萬3651031030萬西安市區(qū)131644370萬317561900萬（2）大氣含塵濃度（≥0.5μm塵粒數(shù)） （3）空氣過濾器分類

額定風(fēng)量下的效率額定風(fēng)量下的初阻力（Pa）備注粗效粒徑≥5μm，20-80%≤50為大氣塵計(jì)數(shù)效率中效粒徑≥1μm，20-70%≤80高中效粒徑≥1μm，70-99%≤100亞高效粒徑≥0.5μm，95-99.9%≤120高效A≥99.9%≤190為鈉焰法效率高效B

≥99.99%≤220性能指標(biāo)類別（3）空氣過濾器分類粗效粒徑≥5μm，20-（4）、由主要城市大氣含塵濃度和空氣過濾器效率來看，新風(fēng)過濾器的最后一級(jí)應(yīng)為亞高效過濾器，才能滿足機(jī)房潔凈度的要求。（4）、由主要城市大氣含塵濃度和空氣2、機(jī)房新風(fēng)量的確定

國(guó)標(biāo)規(guī)定：

1）每人≥40m3/h兩項(xiàng)中選最大一項(xiàng)

2）維持正壓按照第2條很難計(jì)算新風(fēng)量過大產(chǎn)生的問題：

1）增加空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)

2）過濾器易堵塞新風(fēng)量過小產(chǎn)生的問題：

1）不能滿足人的需要

2）不能維持正壓，即不能達(dá)到機(jī)房所需的潔凈度和溫濕度穩(wěn)定并造成腐蝕性氣體對(duì)機(jī)房的污染。結(jié)論：1）建議按照≥一次換氣和每人40m3/h兩項(xiàng)中較大者

2）機(jī)房嚴(yán)格密封，減少新風(fēng)量，利于節(jié)能

3）新風(fēng)可取自走廊或者中央空調(diào)系統(tǒng)2、機(jī)房新風(fēng)量的確定3、新風(fēng)處理系統(tǒng)（1）、機(jī)房的潔凈度問題 國(guó)標(biāo)規(guī)定：英制50萬級(jí)，即： ≥0.5μm的灰塵顆粒度≤18000粒/升滿足國(guó)標(biāo)的簡(jiǎn)單方法：

A）維持正壓（≥5.0Pa）

B）送入更潔凈的一定量新風(fēng)（2）、應(yīng)有良好的過濾，末級(jí)過濾器應(yīng)為亞高效過濾器。（3）、多數(shù)地區(qū)需采用舒適性空調(diào)機(jī)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，是既有效又節(jié)能的方法

（4）、預(yù)處理空調(diào)機(jī)的風(fēng)量應(yīng)與新風(fēng)量相匹配（5）、有吊頂式和落地式兩種，比較其優(yōu)缺點(diǎn)。（6）、.經(jīng)過防火分區(qū)應(yīng)加自動(dòng)防火閥。（7）、寒冷地區(qū)新風(fēng)預(yù)熱再送入機(jī)房

（8）、無人或少人機(jī)房新風(fēng)可取自走廊、樓梯間等處3、新風(fēng)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求與全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)課件數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境要求與全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)課件

夏季新風(fēng)熱負(fù)荷計(jì)算（機(jī)房按t=23℃、∮=50%計(jì)算）地名大氣壓力㎜Hg空氣密度㎏/m3

新風(fēng)濕球計(jì)算溫度t℃新風(fēng)焓值kJ/㎏機(jī)房空氣焓值kJ/㎏新風(fēng)量Lm3/h新風(fēng)熱負(fù)荷QkW北京7491.1826.482.945.7100012.2烏魯木齊6801.0718.556.448.010002.5西安7191.142683.746.4100011.8上海7541.1928.290.645.4100014.9廣州7531.1927.788.645.5100014.2海口7521.1927.989.645.5100014.6Q=△h×L×ρ/3600大氣空氣新風(fēng)濕球計(jì)算溫度新風(fēng)機(jī)房空氣焓值新風(fēng)量新風(fēng)熱負(fù)荷北京

冬季機(jī)房加濕量（機(jī)房按t=23℃、∮=45%計(jì)算）地名大氣壓力㎜Hg空氣密度㎏/m3新風(fēng)溫濕度新風(fēng)含濕量g/㎏機(jī)房空氣含濕量g/㎏新風(fēng)量

Lm3/h機(jī)房加濕量

G㎏/h干球溫度t℃相對(duì)濕度%北京7651.21-12450.77.810008.6烏魯木齊6901.09-27800.38.610009.1西安7341.16-8670.78.110008.6上海7691.21-4752.17.810006.9廣州7641.215703.87.810004.8?？?621.2010856.47.810001.7△dG=×L×1000ρ大氣空氣新風(fēng)溫濕度新風(fēng)含濕量機(jī)房空氣含濕量新風(fēng)量機(jī)房二、全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)的探討

采用室外空氣直接冷卻機(jī)房設(shè)備，在特定的條件下，是最節(jié)能的方法，被稱為“免費(fèi)的能源”。

全球最節(jié)能的幾個(gè)機(jī)房均用這種方法，比如雅虎的雞籠式數(shù)據(jù)中心、Facebook數(shù)據(jù)中心、谷歌的布魯塞爾數(shù)據(jù)中心、微軟的都柏林?jǐn)?shù)據(jù)中心和惠普的英國(guó)溫耶德數(shù)據(jù)中心，其PUE值均在1.2左右，節(jié)能效果十分顯著，但上述數(shù)據(jù)中心均處于比較寒冷的地區(qū)。二、全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)的探討

采用新風(fēng)直接冷卻需考慮的問題1）數(shù)據(jù)中心的能耗包括IT設(shè)備能耗，空調(diào)能耗，供配電能耗等；因此要降低數(shù)據(jù)中心的能耗要從多方面努力；研制出低能耗并耐高溫的IT設(shè)備為采用新風(fēng)直接冷卻提供了條件。有名的“10℃”法則（有資料表明：環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命約降低30%~50%，影響小的也基本都在10%以上）使我們不能輕易提高IT設(shè)備工作的環(huán)境溫度；若采用耐高溫的IT設(shè)備可擴(kuò)寬新風(fēng)直接冷卻的適用范圍。2)數(shù)據(jù)中心的選址很重要，決定了是否有采用全新風(fēng)冷卻系統(tǒng)的可能性；比如布魯塞爾最高溫度約22℃，可全年使用“免費(fèi)的冷源”。

在某些氣候干燥附近又有水源的地區(qū)，在少數(shù)高溫的天氣，可增設(shè)水噴霧降溫。3）由于機(jī)房功率密度的不斷提升，冷卻所需的風(fēng)量很大（1KW的發(fā)熱量，若進(jìn)出風(fēng)溫升10℃，所需風(fēng)量約300m3/h)。為保證機(jī)房空氣的品質(zhì)，進(jìn)入機(jī)房的新風(fēng)需經(jīng)初級(jí)、中效、亞高效三級(jí)過濾，有時(shí)還需經(jīng)化學(xué)濾料的過濾。若室外空氣含塵量和腐蝕性氣體含量高，則會(huì)給空氣過濾帶來很大負(fù)擔(dān)。采用新風(fēng)直接冷卻需考慮的問題

室外空氣的含濕量與機(jī)房的要求（可參照表-3的標(biāo)準(zhǔn)）有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。大量新風(fēng)的進(jìn)入，使除濕量/加濕量往往很大，消耗大量電能。

機(jī)房的含塵量或腐蝕性氣體含量高，再加上較高的濕度會(huì)大大增加IT設(shè)備的腐蝕，而過低的濕度會(huì)由于靜電放電引起故障。4）冬季機(jī)房若有加濕設(shè)備，則機(jī)房的露點(diǎn)溫度往往高于新風(fēng)溫度，新風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)房會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。5）是否可采用室外空氣通過熱交換器來冷卻機(jī)房空氣，室內(nèi)外空氣不接觸可避免室外污染物和灰塵的進(jìn)入，并減少加濕/除濕的負(fù)擔(dān)？

由于風(fēng)量大，而空氣-空氣熱交換器的熱交換效率又低，要滿足散熱需求所需設(shè)備大；并且室外溫度若低于機(jī)房露點(diǎn)溫度則在換熱器中可能結(jié)露甚至結(jié)冰；而較高的室外溫度熱交換效率太低。室外溫度越高，室內(nèi)外溫差越小，冷卻所需風(fēng)量越大，風(fēng)機(jī)功耗越大。所以采用空氣-空氣熱交換器的方式來冷卻存在較大困難