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數據中心機房空調系統的在線改造，遠不是估計一下設備負荷，買幾臺空調裝上那么簡單。如果規劃、實施不當，發生各種棘手問題、不能達到預期目標的工程比比皆是。本文介紹了筆者對某數據中心機房空調系統改造的規劃和實施要點，介紹了空調系統在線改造的經驗和教訓。
1項目概況
1.1背景情況
某單位數據中心機房面積340平方米，臨時性租用場地，安裝業務測試系統，改造前IT設備額定裝機容量近80kw，原配備Isovel空調35kw兩臺，JOTON空調25kw一臺，柜式、吸頂式空調若干，1998年投入使用。因IT設備不斷增加，制冷容量飽和，機房局部區域過熱，需加配5匹舒適性空調一臺對局部降溫，幾次因環境溫度過高使得IT設備強制下電，空調設備老化，故障頻發。
1.2 改造目標
依據國家空調系統有關技術規范，滿足未來3-5年業務發展需要，按照國標B級機房標準在線改造空調系統，更新設備，提升制冷能力，提高系統可靠性和監控管理水平。
1.3限制條件
主要限制條件有：
1)因業務系統需提供不間斷服務，擴容改造工程需要在線完成，同時不影響機房IT設備連續運行;
2)大廈場地資源使用已飽和，設備安裝只能使用已有場地。
2.改造規劃的思路
改造規劃是整個項目的關鍵。本項目規劃主要包括以下幾點內容：
1)按照B級機房要求，綜合考慮容量需求、場地占用、可維護性和主流產品實現情況，精密空調系統擬采用“3+1”結構，系統設計總制冷能力為250kw。
2)拆除已過報廢期限的空調，僅保留JOTON機房空調繼續使用;另新購空調設備4臺，單機顯冷能力83kw以上，送風能力大于17000立方米每小時。
3)新設備擬選用送回冷風效果較好的下送上回型風冷機組。因IT設備功率密度不高（擬按每機架裝機設備額定功率不超過5kw/機架進行使用控制），且機房為臨時租用，無法新增場地，選用該類型設備可以適應場地限制，安裝工作量小，且安全性好，可靠性高，日常維護工作量少。
4)要求5臺機組聯網控制，其中4臺83kw空調自動輪值運行。配備分階段啟動控制系統，將設備啟動的峰值電流影響減少到最小。運行狀況參數納入機房環境自動監控系統并與消防控制管理系統聯動。
5)主機房緊臨北京三環主路，空氣質量較差，考慮原有新風機基本不使用，擬從潔凈和節能角度取消主機房新風系統。
3.技術要素規劃
3.1負荷計算
根據《電子計算機機房設計規范》，機房空調的熱濕負荷應包括：
計算機和其它設備的散熱、建筑圍護結構的傳熱、太陽輻射熱、人體散熱和散濕、照明裝置散熱、新風負荷。
1)經統計設備功率，分析測試中心業務發展需求，預計3-5年后IT設備裝機容量為現有容量的2.5倍（約200kw）。根據測試中心系統運行規律，取樣設備同時工作系數0.8，發熱系數0.95，IT設備散熱為152kw。
2)主機房位于一樓，為無人工作區，外窗封閉，一面為參觀走廊，維護結構傳熱、輻射散熱采用北京市一般標準，按照120w/㎡計算，熱負荷在39.6kw。
3)機房照明散熱按照70套40w*3的節能燈具計算，照明散熱為40w*3*70=8.4kw。
根據以上條件計算得出總熱負荷為200kw，預留25%容量后設計制冷能力為250kw。
3.2風量計算
分析業務特點，預測業務發展情況，未來IT設備安裝應以中低密度為主，刀片機等高密度設備很少。故按照中等功率密度散熱，機房每小時換氣50次的水平規劃風量需求。根據機房面積和機房工作空間高度等參數，計算得到設備需要的總風量為340*3*50=50000立方米每小時。
3.3 氣流組織
氣流組織是解決設備散熱，保持機房環境條件的關鍵因素，也是實現節能的有效途徑。機房氣流組織應包括機房大環境氣流組織和IT設備區氣流組織。
1)機房大環境氣流組織：由于本機房空間較好，建筑層高較高（5.3米），且采用上走線方式，活動地板較高600mm，擬將地板下空間用做空調系統送風靜壓箱；為節約能源并取得好的制冷效果，采用吊頂方式，內做回風靜壓箱，滿足均勻回風要求；空調安裝風帽，連接空調回風口和吊頂內空間，直接從回風靜壓箱回風，提高回風質量。氣流循環模式圖如下所示：
2)IT設備區氣流組織：按照冷熱通道思想組織氣流，設備上機架安裝，沿送風氣流方向成排擺放，形成走廊，布局采用“背對背、面對面布置”，形成冷熱通道，設備面對面距離1.2米，背對背距離1.2米，擺放密度約5平方米/機柜，機柜使用高通孔率面板。
3.4 空調室內機布局設計
因機房為長方形，尺寸為21.6米*15.2米，為滿足在線施工，不影響場地連續供電（南側地板下有強電轉接箱和入戶電纜）和在用設備不間斷運行（東側區域密集大量運行設備）等硬性要求，考慮空調效率、冷氣均勻分布等要求（空調室外機在機房東側窗外平臺上），選擇機房北側放置空調設備。
這一布局方案下，送風距離在19米以內，室內外機距離20米內，距離基本滿足空調設備運行要求;冷氣基本可均勻分布，對進出戶電纜沒有影響。由于墻面寬度限制，要求室內機寬度限制在2.5米以內。
3.5室外機布局設計
這是本項目碰到的最大難題。由于室外平臺已為多家單位用滿，可用的機位均為本機房拆除舊空調后所留，尺寸有限，區域非連續，而新購設備功率和室外機尺寸都較大，加之分階段施工期間新舊設備同時使用，擺放矛盾突出。經反復分析比較，解決方法有：
1)移機安裝部分改造期間在用的室外機，使機位連續，尺寸變大，滿足過渡期新舊設備同時使用要求；
2)將室外機由臥式橫向擺放調整為臥式縱向擺放，縮小了每臺室外機需要的空間面寬。橫向立式疊拼擺放設備方案雖效率更高，但因噪音擾民及不滿足物業景觀要求被否決。
3.6通風地板規劃規劃
通風地板規劃是高效氣流組織的實現環節，容易被忽略。通風地板規劃包括位置和數量計算，其數量影響冷風出風量和造價（同樣品牌和規格的防靜電活動地板，開有風口的地板要貴很多），其位置則嚴重影響風速場的均勻、平衡和穩定，從而影響空調系統的最終效果。因此，通風地板位置和數量不僅要設計規劃，安裝完成后還要進行風量測試。
本項目中按照冷熱通道的思想，將通風地板位置設計在位于冷通道上，機柜正面前方，以便冷氣有效進入機柜內部。采用的通風地板為600mm*600mm，開孔率30%，風口板處出風速度為小于3米/秒，通風地板的數量計算方法為：50000m3/h/0.3*0.6*0.6*60*60=127塊。實際需要安裝的通風地板數量，需要在風速測量的基礎上根據IT設備安裝情況調整位置和數量。
4.工程實施
做好有關技術規劃后，工程實施相對比較簡單，主要是工程管理工作。本項目的工程實施要點如下：
4.1 設計與采購分開
空調系統改造不是單純的設備采購，最終效果取決于系統設計和安裝工程質量。因此，有條件的情況下，將設計與采購分開運作，可以使項目技術目標明確，采購運作方便，對保證系統改造結果也比較有利。
4.2交鑰匙工程
本項目要求為交鑰匙工程。事實證明這是一個正確的選擇。工程實施中，冷媒、支架、電纜、管線等配套材料的規格及數量需求在招標、采購過程中并不一定能描述清除。按交鑰匙工程對供貨方提出要求，可保證工作界面清晰，減少扯皮，控制費用支出。
4.3分階段施工
考慮在線運行的要求，空調設備分兩階段安裝，第一階段安裝設備的制冷能力和支持的機房面積應滿足設備過渡運行的要求，且安裝過程不應影響現有各類管路和電纜。為保證在線施工安全，施工前要求安裝單位特別仔細勘察現場，了解并設計詳細的系統管路接線圖，注意線路避讓。
4.4系統調試與測試
空調工程涉及大量隱蔽工程，調試與測試是工程實施階段的重環節。需要做的調試和測試工作至少包括：制冷系統吹掃排污檢查、制冷系統氣密性實驗、真空實驗，管道水壓實驗;單體功能測試、控制系統功能檢查、監控系統聯調測試、風量測試。注意制冷系統的吹掃排污應用淺色布檢查。為保證工程質量，應要求監理方或安裝方提供隱蔽工程施工記錄；管道強度實驗記錄、管道氣密性實驗記錄、制冷設備運行調試報告、通風空調系統調試報告。
4.5施工管理與監督
吸取其他兄弟單位經驗教訓，本項目實施特別重視現場監督與管理。施工期間，不僅與大樓物業管理部門及時溝通，還每日召開現場碰頭會，檢查施工進度，了解施工內容，協調解決有關問題。同時，要求監理單位做好旁站，監督檢查所有隱蔽工程和重要測試的現場情況。由于工作細致，措施到位，安裝施工過程安全順利，未發生漏水、斷電、中斷通信等意外事故，未影響IT系統的正常運行。
由于本項目實施抓住了空調工程的關鍵環節，比較仔細地考慮了設備與系統安裝的各個技術細節，招標采購、分階段安裝施工順利。設備安裝調試完成后，還進行了比較完整的系統技術測試和試運行。試運行期間，設備運行平穩，系統整體情況良好，達到設計各項指標，工程取得較好效果。
5.容易忽略的問題
結合自身體會，參考有關工程實例，筆者感到在空調系統改造的技術規劃與實施中，常見容易被忽略的技術問題有：
5.1風量規劃問題
很多單位規劃空調系統容量只注意了冷負荷，卻忽視了規劃風量。事實上風量規劃是空調系統的重要技術內容。某單位未進行風量規劃，簡單的按制冷量直接采購設備，結果裝機IT設備額定功率僅100KW左右，空調系統制冷能力達250KW，依然存在局部過熱問題，后不得不為解決風量問題增加安裝空調機組。
5.2冷凝器問題
冷凝器問題極易被忽略。北京某金融單位安裝機房空調時，未考慮氣候條件影響，未對室外機冷凝溫度提出具體要求，使用了通用設備。2007年盛夏北京地區連續高溫，二十多天的桑拿天氣期間，機房空調多次故障停機，給用戶造成很大被動。因此，在可能情況下，盡量選擇雙回路、風扇轉速可調的冷凝器，室外機冷凝溫度不要小于43℃，最好能達到45℃。
5.3水處理問題
這是本項目交付使用后發現的問題。由于本機房以前沒有使用過加濕功能，規劃時雖然考慮了加濕能力問題，但未注意到水質問題嚴重性。實際采購的Atlas空調安裝了電極式加濕器。設備試用期間，雖然加濕效果很好，但很快發現開機后必須每周對電極式蒸汽加濕罐進行除垢。后通過與廠商協商，通過加裝軟化水裝置的方法解決。
除上述問題之外，其他容易被忽略的問題還包括樓板承重、噪音、排水、運輸通道等。由于篇幅所限，這里不再贅述。
來源：機房空調 http://lbjsjzl.com/