数据中心空调系统应用白皮书

IDC数据中心空调制冷1.引言随着互联网和大数据技术的飞速发展，数据中心作为信息处理和存储的核心设施，其规模和数量日益扩大。

数据中心运行过程中，服务器等设备的能耗巨大，其中空调制冷系统是保证数据中心稳定运行的关键。

因此，对IDC数据中心空调制冷技术的研究具有重要的现实意义。

2.IDC数据中心空调制冷需求2.1温湿度控制数据中心内部设备对温湿度要求严格，过高或过低的温湿度都会影响设备的正常运行。

空调制冷系统需确保数据中心内部温度控制在一定范围内，同时湿度也要满足设备运行需求。

2.2高效节能数据中心能耗巨大，空调制冷系统作为能耗大户，其能效比直接关系到数据中心的整体能耗。

因此，提高空调制冷系统的能效比，降低能耗，是IDC数据中心空调制冷技术的关键需求。

2.3可靠性与安全性数据中心作为关键信息基础设施，其运行稳定性至关重要。

空调制冷系统需具备高可靠性和安全性，以确保数据中心稳定运行，避免因制冷系统故障导致的数据丢失或业务中断。

3.IDC数据中心空调制冷技术3.1直接膨胀式制冷技术直接膨胀式制冷技术是利用制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部件组成的封闭循环系统中，通过相变实现热量传递的一种制冷方式。

该技术具有结构简单、能效比高、可靠性好等特点，广泛应用于IDC数据中心空调制冷。

3.2水冷式制冷技术水冷式制冷技术是利用水作为冷却介质，通过冷却塔、水泵、冷却盘管等设备将热量传递到外部环境中。

该技术具有制冷效果好、能效比高、适用范围广等优点，但占地面积较大，对水源有一定依赖。

3.3风冷式制冷技术风冷式制冷技术是利用空气作为冷却介质，通过风机、散热器等设备将热量传递到外部环境中。

该技术具有结构简单、安装方便、适用范围广等优点，但能效比较低，适用于小型或中小型数据中心。

3.4冷冻水式制冷技术冷冻水式制冷技术是利用冷冻水作为冷却介质，通过冷水机组、冷却塔、水泵等设备将热量传递到外部环境中。

该技术具有制冷效果好、能效比高、适用范围广等优点，但系统复杂，初投资较高。

数据中心供配电系统应用白皮书一引言任何现代化的IT设备都离不开电源系统，数据中心供配电系统是为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统。

供配电系统于整个数据中心系统来说有如人体的心脏-血液系统。

1.1 编制范围考虑到数据中心供配电系统内容的复杂性和多样性以及叙述的方便，本白皮书所阐述的“数据中心供配电系统”是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，将主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE，Automatic Transfer Switching Equipment）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS，Uninterruptible Power System）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及接地系统。

如下图：图1 数据中心供配电系统示意方框图高压变配电系统：主要是将市电（6kV/10kV/35kV，3相）市电通过该变压器转换成（380V/400V，3相），供后级低压设备用电。

柴油发电机系统：主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。

自动转换开关系统：主要是自动完成市电与市电或者市电与柴油发电机之间的备用切换。

输入低压配电系统：主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。

UPS系统：主要作用是电能净化、电能后备，为IT负载提供纯净、可靠的用电保护。

UPS输出列头配电系统：主要作用是UPS输出电能分配，将电能按照要求与标准分配给各种类型的IT设备。

机架配电系统：主要作用是机架内的电能分配。

此外，数据中心的供配电系统负责为空调系统、照明系统及其他系统提供电能的分配与输入，从而保证数据中心正常运营。

电气照明：包括一般要求，照明方案、光源及灯具选择。

防雷及接地系统：包括数据中心防雷与接地的一般要求与具体措施。

1.2 编制依据《电子信息系统机房设计规范》GB 50174—2008《电子信息机房施工及检验规范》GB50462—20081.3 编制原则1．具有适应性、覆盖性、全面性的特征。

数据中心空调系统节能技术白皮书目录1. 自然冷却节能应用31.1 概述31。

2 直接自然冷却31。

2。

1简易新风自然冷却系统31。

2。

2新风直接自然冷却51。

2。

3 中国一些城市可用于直接自然冷却的气候数据: 8 1.3 间接自然冷却81.3.1间接自然冷却型机房精密空调解决方案81。

3。

2风冷冷水机组间接自然冷却解决方案121。

3.3水冷冷水机组间接自然冷却解决方案151。

3.4 中国一些城市可用于间接自然冷却的气候数据：16 2。

机房空调节能设计172。

1 动态部件172.1。

1 压缩机172.1。

2 风机182.1.3 节流部件192.1.4 加湿器192.2 结构设计212.2.1 冷冻水下送风机组超大面积盘管设计212.2。

2 DX型下送风机组高效后背板设计222。

3 控制节能222。

3.1 主备智能管理222.3。

2 EC风机转速控制232。

3。

3 压差控制管理232.3.4 冷水机组节能控制管理261。

自然冷却节能应用1.1概述随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。

制冷系统在数据中心的能耗高达40%，而制冷系统中压缩机能耗的比例高达50%。

因此将自然冷却技术引入到数据中心应用，可大幅降低制冷能耗。

自然冷却技术根据应用冷源的方式有可以分为直接自然冷却和间接自然冷却。

直接自然冷却又称为新风自然冷却，直接利用室外低温冷风,作为冷源，引入室内，为数据中心提供免费的冷量;间接自然冷却，利用水（乙二醇水溶液）为媒介，用水泵作为动力,利用水的循环，将数据中心的热量带出到室外侧。

自然冷却技术科根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周围环境、建筑结构等选择自然冷却方式。

1。

2直接自然冷却直接自然冷却系统根据风箱的结构，一般可分为简易新风自然冷却新风系统和新风自然冷却系统.1.2.1简易新风自然冷却系统1.2。

1。

1简易新风自然冷却系统原理简易新风直接自然冷却系统主要由普通下送风室内机组和新风自然冷却节能风帽模块组成。

空调设计及合理选用空调设备的主要依据，是空调系统设计优化的基础。

二、如何做到按需供冷？在以往的空调系统设计中，是将空调房间考虑成一个均匀空间，按现场最大需求量来考虑的，采取集中制冷模式，忽视了空间各部分的需要，缺少考虑制冷效率、制冷成本及能源危机的意识。

目前随着科学技术的发展，人们逐渐认识到按需制冷的必要和集中制冷的弊端，这一技术也成为空调系统节能今后的发展方向。

何谓“按需制冷”，按需制冷可以理解为按房间各部分热源的即时需要供冷，将冷媒送到最贴近热源的地方，也就是将制冷方式从房间级制冷转变为机柜级别制冷，最后到芯片级制冷，这也正是机房制冷的发展趋势。

设计时在设备发热高的区域配更多的制冷量，设备发热小的区域分配较少的制冷量，最好能够做到定量分配。

在数据中心还处于小型机房时代，集中制冷也许并不是什么问题，但是到高密度热负荷的大型数据中心的今天，片面地加大空调的制冷能力，希望通过降低整个机房的温度使服务器降温，并不能从根本上解决问题，而且还造成能源的浪费。

APC-MGE提出了以“精密制冷”为核心的、专门针对机柜制冷的机柜级解决方案。

英飞集成系统的In-row制冷单元放在高密度服务器机柜旁边，针对每个热点进行降温，让冷热空气直接在机柜和空调之间以最短的路径循环，从而有效提高制冷效率。

与房间级制冷相比，In-row制冷对冷气的利用率达到70%，并能够处理更高的热负载密度。

In-Row制冷单元的模块化设计，以服务器机柜为中心，可以随着机柜变化。

模块化组合不但能满足不同机房的制冷需求，还能使制冷系统容量随IT负载的变化而变化，节约大部分不必要的电能消耗。

三、数据中心送风方式的选择（上送风or下送风）数据中心内显热庞大，潜热微小的环境导致需要大风量的空调系统。

为了保证数据中心内不同位置的IT设备都能处于适宜的温度和湿度工作条件下，就必须正确设计数据中心的送风和回风的气流组织。

数据中心常采用的送风方式主要有两种：风管上送风方式、架高电地板下送风方式。

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
⒈引言
⑴目的
⑵背景
⒉数据中心空调系统的重要性
⑴数据中心的特性
⑵数据中心的热量排放问题
⑶空调系统在数据中心中的作用
⒊数据中心空调系统的基本原理
⑴制冷循环原理
⑵空调系统组成
⑶关键组件的功能和作用
⒋数据中心空调系统的设计与选择
⑴系统设计考虑因素
⑵空调系统类型比较
⑶空调系统的容量计算
⑷空调系统的能效评估
⑸特殊环境下的空调系统选择⒌数据中心空调系统的部署与管理
⑴空调系统的部署策略
⑵空调系统的安装与调试
⑶空调系统的运维管理
⑷故障排除和维修
⒍数据中心空调系统的未来发展趋势
⑴新技术的应用
⑵绿色环保和能源效率的重要性
⑶智能化的空调系统管理
⑷自动化和自适应控制的发展⒎结论
⑴总结与回顾
⑵对未来的展望
附件：
⒈空调系统选型表格
⒉数据中心热负荷计算工具
法律名词及注释：
⒈数据中心：指用于存储、管理和处理大量数据的设施。

⒉空调系统：指通过冷却和除湿等操作，调节室内空气温度、
湿度和质量的系统。

⒊能效评估：指对空调系统的能耗进行评估和分析，以确定系
统的能效性能。

⒋绿色环保：指在设计和运营中考虑环境友好和资源节约的原则。

⒌智能化管理：指利用先进的传感器、数据分析和自动化技术，提高空调系统的管理效率和智能化水平。

连载1期数据中心蓄冷白皮书NO.011.1数据中心持续供冷的必要性数据中心是为电子信息设备提供运行环境的场所，在数据中心中需要安装数据处理、数据传输和网络通讯等多种IT 设备。

为保障IT 设备正常有效的运转，保障业务顺畅的进行和服务及时的提供，还需要安装为IT 设备服务的电力、空调等相关设备及传输管路。

图1-1 数据中心常用能源示意图数据中心的电力供应，从市电经过变压器，给不间断电源（UPS）供电，UPS后备电池给机柜内的IT设备提供不间断的高品质电力供应。

服务器的散热量，通过机房空调和空调水系统，最终通过室外的冷却塔将室内的电力消耗转化的热量排至室外。

为了应付电力和供水中断，在园区设置一定数量的存水和存油设备，保证整个园区的电力和制冷不间断供应。

2018年，国际正常运行时间协会（Uptime Institute ,UI）发布了《国际正常运行时间协会全球数据中心调查》报告，报告中给出了2016年1月至2018年６月这些数据中心宕机的原因。

其中停电是数据中心宕机的最主要原因，占比高达36％。

导致停电的主要原因是：市电故障、柴油发电机故障、操作失误、飓风、雷击、转换开关间歇性故障、不间断电源（UPS）故障、电涌，以及人为破坏等。

表1-1 数据中心宕机原因尽管数据中心按照UI的等级标准来设计，但依旧存在服务器宕机的风险。

数据中心每次宕机的平均成本损失约为7908美元／分钟。

在所有引起服务器宕机的原因中，由于冷却系统失效造成的宕机占33％，并且有逐年增长的趋势。

冷却系统失效的一个主要原因是故障性停电，当供电出现故障时时，可能会导致冷却系统出现暂时停机。

与此同时，服务器及其它 IT 设备由于采用 UPS，在一段时间内仍保持运转，并继续产生热量。

而冷却系统虽然有柴油发电机作为后备电源，但由于柴油发电机启动需要时间，因此在停电后冷却系统会失效一段时间。

在冷却系统失效的时间内，数据中心的温度会急剧上升，在一段时间后会达到服务器运行的极限温度。

数据中心空调系统应用白皮书在当今数字化飞速发展的时代，数据中心已经成为了支撑各行各业运行的关键基础设施。

而在数据中心的众多关键系统中，空调系统起着至关重要的作用。

它不仅要确保设备在适宜的温度和湿度环境下稳定运行，还要实现高效节能，以降低运营成本和对环境的影响。

一、数据中心空调系统的重要性数据中心内的服务器、存储设备和网络设备等在运行时会产生大量的热量。

如果不能及时有效地将这些热量排出，设备的性能将会受到严重影响，甚至可能出现故障，导致数据丢失和业务中断。

此外，过高的温度和湿度还会缩短设备的使用寿命，增加维护成本。

因此，一个可靠、高效的空调系统对于保障数据中心的正常运行和数据安全是不可或缺的。

二、数据中心空调系统的类型1、风冷式空调系统风冷式空调系统通过风扇将室内的热空气排到室外，利用室外的冷空气进行冷却。

这种系统结构简单，安装和维护相对容易，但制冷效率相对较低，适用于小型或中低密度的数据中心。

2、水冷式空调系统水冷式空调系统利用水作为冷却介质，通过冷却塔或冷水机组将热量散发到室外。

它的制冷效率较高，能够满足中大型和高密度数据中心的制冷需求，但系统较为复杂，需要定期维护和管理水路。

3、冷冻水型空调系统冷冻水型空调系统将冷冻水输送到机房内的空调末端，通过换热器进行热交换。

这种系统具有较高的灵活性和可扩展性，但对水质要求较高，需要配备完善的水处理设备。

4、风冷冷水型空调系统结合了风冷和水冷的特点，在室外采用风冷冷凝器，室内则通过冷水进行冷却。

它在一定程度上兼顾了安装和维护的便利性以及制冷效率。

5、间接蒸发冷却空调系统利用自然冷却和蒸发冷却的原理，降低空调系统的能耗。

在气候条件适宜的地区，能够显著降低数据中心的制冷成本。

三、数据中心空调系统的设计要点1、热负荷计算准确计算数据中心的热负荷是设计空调系统的基础。

需要考虑设备的发热量、机房的面积、人员数量、照明等因素，以确定合适的制冷容量。

2、温度和湿度控制数据中心的设备通常要求在特定的温度（一般为 20-25℃）和湿度（40%－60%）范围内运行。

数据中心机房空调系统技术白皮书发布为推广数据中心空调系统技术、贯彻执行国家标准，由中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会（CECS）数据中心工作组牵头组织业内专家编写的《数据中心机房空调系统技术白皮书》日前正式发布。

该白皮书总结了数据中心空调系统的理论和实践经验，阐述了数据中心的环境要求、数据中心的机柜和空调设备布局、数据中心空调方案设计、数据中心高热密度解决方案、数据中心制冷系统发展趋势及机房环境评估和优化等。

数据中心工作组组长、《数据中心机房空调系统技术白皮书》课题技术负责人钟景华表示，此白皮书可用于指导数据中心空调系统的规划和设计。

白皮书正式发布制冷系统是数据中心的耗电大户，约占整个数据中心能耗的30%~45%。

随着绿色数据中心概念的不断深入，制冷系统的节能也逐渐获得业内人士的关注。

编制技术白皮书，有助于推广成熟的空调技术，对相关的热点问题开展探讨和解释。

《数据中心机房空调系统技术白皮书》课题技术负责人钟景华在发布会上表示，经过多次集中讨论和交流，编写组针对白皮书的整体架构和内容做了反复沟通和探讨，根据国内外相关技术标准规范的要求，开展了多次专题研究和调查分析，广泛征求各方面的意见，总结归纳国内外数据中心空调系统在工程应用中的实践经验，经反复修改和专家审查，最终定稿发布。

白皮书的编制原则主要包括三个方面。

一是考虑内容的适应性、覆盖性和全面性。

白皮书要适应当前数据中心的技术发展状况以及未来新技术、新产品的发展情况。

有关数据和资料要与新设备、新材料、新技术、新工艺的发展水平相适应；要覆盖国内各种数据中心的空调系统工程设计、施工和检验环节；纳入成熟的、经过验证的应用方案、方法和设备等；内容体系要完整。

二是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、重要技术方案确实定、参数计算和确定、设备选型与布置等方面的内容，同时防止内容冗杂，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。