数据中心机房风墙空调运行模式

作者:兰洋科技    浏览量:3985    时间:2023年05月08日    标签: 机房空调 服务器散热 高密度服务器

数据中心机房内部温湿度环境的控制要依靠室内空调末端得以实现,机房空调具有高效率、高显热比、高可靠性和灵活性的特点,能满足数据中心机房日益增加的服务器散热、湿度恒定控制、空气过滤及其他方面的要求。

随着不同地域PUE的严苛要求以及高密度服务器的广泛应用,数据中心新型的冷却方式被越来越开发及使用。 风墙作为其中一种节能气流组织形式被越来越多的暖通设计师采用。

1.AHU风墙空调系统组成

AHU(AirHandle Unit) 组合式空调箱:主要是抽取室内空气(returnair) 和部分新风以控制出风温度和风量来并维持室内温度。AHU机组组成如下图所示。机组主要由框架、两到多组冷冻水盘管、室内EC风机、电磁两通调节阀、控制系统、进出风温湿度传感器、室外新风温湿度传感器、室外新风调节阀、室内回风调节阀、加湿系统、冷冻水管路等组成。

2. 运行原理

2.1 AHU风墙空调本体两种运行模式

第一种模式为内循环模式,AHU机组放置在空调机房,侧送风至主机房,冷却IT服务器,热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱,回至空调机组。每台AHU机组配有空气过滤段,多个冷冻水盘管,多个EC风机,控制单元。

第二种运行模式为风侧自然冷却模式,AHU机组放置在空调机房,侧送风至主机房,冷却IT服务器,热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱,根据室外空气焓值(温度、湿度计算得出)控制新风、回风、排风的比例,充分利用室外新风,节约能源。

2.2 AHU风机转速控制逻辑

送风机转速控制主要依据是AHU回风温度进行转速调速,当控制器检测到回风温度升高后,控制器将发指令让风机转速提高,同时根据监测到的送风静压值异常时可直接停止风机运转。空调检测到的实际的回风温度与设定的回风温度的差值作为风机转速调节的依据。

2.3 AHU电磁两通阀控制逻辑

冷冻水流量控制主要依据为空调的送风温度,当送风温度高于送风温度设定值时增大水流量;当送风温度低于送风温度设定值时减小水流量;冷冻水流量的控制也可以设为依据远程IT机房的温度值控制。

2.4 AHU房间级运行模式

对应的控制点焓湿图

图6 AHU控制点焓湿图

3.产品特点及应用

(1)AHU风墙空调适用于无高架地板、热通道封闭机房。

(2)AHU风墙空调适用于全年温度较低、室外空气质量较好的区域。

(3)AHU风墙空调改变传统气流组织形式,风机矩阵式风墙送风,可充分利用室外低温低湿空气给机房降温,降低数据中心PUE。

4.详细介绍

4.1常见风墙气流组织架构

不同的空调机组在数据中心中可实现不同形式的风墙气流组织。下送上回精密空调机组是目前数据中心常用的空调机组,为了实现无高架地板侧墙送风的气流组织,山西阳泉的某IDC企业将配有下沉式风机模块的下送上回精密空调机组紧贴并背对空调机房与数据机房之间的隔墙,风机模块后出风,隔墙下部仅空调风机模块出风处镂空,服务器机柜热通封闭,服务器排风进入封闭吊顶后通过回风格栅回至空调机组,整个数据机房为冷池,该气流组织示意图如图2(a)所示。

由于下沉式风机模块的高度仅为515 mm,而机柜的高度通常不低于2 000 mm,该方式在高度上尚未真正形成侧墙水平送风方式。为了改善上述情况,上海某IDC企业在张北及杭州的某些数据中心采用如图2(b)所示的方式,大致架构没有太大变化,但是其将空调机组整体架高,并将机组移离隔墙一些距离,利用这些空间布置出风风道,可以确保侧墙上出风的送风高度与机柜高度基本一致。

上述2种方式中机组的进出风气流方向与机房气流方向垂直,气流在机组内部狭小空调转向,风机功率相对偏高。为了理顺气流方向,进一步降低风机功耗,近几年,业界内越来越多采用卧式空调箱机组实现风墙出风,如图2(c)所示,空调箱的出风方向与数据机房气流一致,出风口高度也与机柜一致,这种卧式空调箱机组也常常被称为风墙空调箱。另外,侧墙送风的间接蒸发冷却空调箱也可以实现如图2(d)所示的风墙气流组织。

(a) 下送风精密空调风机模块侧出风风墙

(b) 下送风精密空调优化风机模块出风风墙

(c) 风墙空调箱风墙

(d) 间接蒸发冷却空调箱风墙

图2不同空调机组的风墙气流组织形式

4.2 数据中心风墙空调箱机组

数据中心风墙空调箱机组通常由回风滤网段、风机段、盘管段及出风段等功能模块组成,可采用机械压缩制冷、冷冻水及直接蒸发制冷等多种制冷方式。如图3所示,依据风机与盘管位置的差异,分为压出式及吸入式风墙空调箱。风机放置在盘管段的前面称为压出式,反之称为吸入式。

图3压出式及吸入式风墙空调箱结构示意图

压出式与吸入式的性能差异如表1所示,由表1可以看出,除机组尺寸稍长外,压出式具有更优的综合性能,在具体项目上可以依据实际情况取舍,而且目前该类空调箱均为各个厂家的非标定制产品。

表1压出式与吸入式风墙空调箱性能差异

作为数据中心的新型空调机组,风墙空调箱机组与下送风精密空调机组的性能差异如表2所示,由表2可以看出,风墙空调箱机组单位宽度制冷量显著优于下送风精密空调机组,无高架地板需求,对于高热密度数据中心具有更好的适用性。

表2风墙空调箱机组与下送风精密空调机组的性能差异

4.3风墙空调箱风墙气流组织的优势

风墙空调箱风墙送风与常规的高架地板下送风气流组织的性能对比如表3所示。由表3可以看出,风墙空调箱风墙送风具有更加优良的综合性能。

表3风墙空调箱风墙送风与高架地板下送风气流组织性能对比

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