文｜國網信息通信有限公司 郭向東 金廣祥

機房精密空調是一種專門為數據中心機房提供恒溫恒濕環(huán)境的空調設備，這類空調主要以工藝過程為對象，著眼于制造滿足工藝過程所要求的室內氣候環(huán)境，同時盡量兼顧人體的舒適要求。它的特點是風量大、出風溫度高，對環(huán)境控制精密程度較高。如信息機房、程控交換機房等設備的運行環(huán)境需專用的空調。因此，在選配機房精密空調和安裝工藝上都有很高的要求。

1 機房精密空調設計實例

（1）項目概述

本項目中新建機房位于辦公樓第16層，空調室外機置于24層樓頂。機房總面積為1300m2，分為主機房、監(jiān)控室、配電室和鋼瓶間等，其中主機房800m2采用機房精密空調，其他房間采用舒適性空調。由于大樓沒有集中冷卻設備，決定采用風冷直接蒸發(fā)冷卻式恒溫恒濕空調。機房精密空調是需要全年制冷的，所以一般只計算機房的冷負荷，而無需計算機房的熱負荷。

（2）冷負荷計算方法

針對數據中心機房的特點，計算冷負荷時采用如下公式：Q=Qj+Qs（+Qx）。

其中：Q為機房總冷負荷（kW）；Qj為機房所在的建筑物的冷負荷（kW）；Qs為機房內設備冷負荷（kW）；Qx為機房內的新風冷負荷（kW），因為本機房內的新風系統是經過預處理的，所以此項未計算在內。

計算Qj時，按照辦公樓的類型來進行概算，辦公樓（全部）一般取值為95～115W/m2。針對本項目，因為機房在16層，屬于大樓的中間層，窗戶數量比較多，按照辦公樓中間偏高值考慮，因此取110W/m2。

計算Qs時主要根據機房內的設備的發(fā)熱量，按照機房滿配機柜數量來計算設備發(fā)熱量，計算公式：Qs=Pj×n×ξ。

其中：Qs為機房內設備冷負荷（kW）；Pj為每個機柜的耗電量（kW）；n為機柜數量；ξ為設備的散熱系數，網絡設備為0.9～1，如服務器、路由器等，交換設備、計算設備為0.7～0.8，如交換機、小型機等，電腦為0.5～0.6。針對本機房，ξ取1。

冷負荷具體計算結果如表1所示。

表1

（3）空調選型配置

經過以上計算，得出機房的冷負荷，并根據冷負荷進行選型。一般來說，由于機房屬于關鍵部門，所以基本配置按n+1（n≤4）或n+2（4＜n≤8）配置，其中n值以4為界限，確定備用機是1臺或2臺，空調制冷設備應留有15%～20%的余量。

根據以上計算結果，選用某品牌的機房精密空調，風冷下送風型，單機顯制冷量為80kW，風量為25000m3/h，機房為8用2備，總制冷量為640kW，大于總冷負荷計算值。精密空調選用雙壓縮機機型，可以使溫度變化梯度更小，溫度精度更高，同時獨立的雙制冷循環(huán)，提高了設備的可靠性。

（4）機房空調驗算

根據冷負荷選配機型后，需要用機房內的換氣次數來驗算一下，這樣做的原因是：機房精密空調與舒適性空調相比，具有大風量、小焓差的特點，在制冷量滿足機房要求的前提下，應保證足夠的風量，才能使空調設備工作在設定點上，同時可以從硬件上保證溫度精度，防止超差。一般要求機房內的換氣次數應不低于40次/hr，經測算本項目中機房內的換氣次數為69次/hr。

（5）選配冷凝器

工廠給定的標準配置的冷凝器是按照室外環(huán)境溫度為35℃選配的，由于北京地區(qū)夏季氣溫較高，用戶選配的冷凝器都是按照室外環(huán)境溫度40℃選配的，選配的具體型號是根據設備廠家提供的數據表得來的。

2 施工要點

空調產品的安裝質量，對于空調設備的長時間可靠運行有著非常重要的意義。而機房精密空調涉及的方面又比較廣泛，包括有搬運、設備就位、制冷管路的焊接、上下水管路和電力等多方面。

（1）室內、外機的位置

空調室內機通常擺放在機房的短邊一側，而且送風方向還要與地板下線槽和機柜平行，這樣有利于空調的送風。本項目中空調擺放在機房的兩端，機柜與氣流方向平行?？照{支架采用角鋼制成，并安裝有導流板，同時為防止氣流干擾，支架的兩端也用鋼板全部封閉，支架用膨脹螺栓與地面固定，空調機組與支架之間墊有10mm厚減震橡膠?？照{室外機（風冷冷凝器）放置在安全和易于維護的地方，它可水平或垂直安裝，冷凝器之間應保證有一定的間距。根據本項目的實際情況，室外機放置在24層樓頂，水平放置，冷凝器風口向上進行散熱。

（2）制冷管路

每臺空調有4根銅管（雙壓縮機），分別為兩根汽管和兩根液管，都屬于高壓管路。銅管之間采用乙炔焊接的方式，當銅管對接時，采用漲口的方式。相比使用直接接頭的方式減少了一個焊口，也就是說減少了泄漏的幾率。

（3）上下水

機房空調內有加濕器，需要連接上下水管道。如有條件，空調的上水最好取自軟化水，以防止結垢。下水管路不能直接排到室外，不然容易產生凍堵，同時下水管的水平段要有坡度，并在空調下部加裝U型彎頭。本項目的上水管來自同層機房旁邊的洗手間，下水管路連接到下一層的洗手間內。

（4）銅管內部的潔凈處理

為了保證銅管內壁是潔凈的，通常需要在焊接銅管前，用酒精和絲綢、鉛絲清洗銅管內壁，去除油污。在焊接時用水冷卻焊口，以便讓銅管內壁的氧化皮脫落。銅管焊接完畢后，要用干燥氮氣進行吹洗。但是在實際工作中，這些做法不容易檢測，而且效果并不好。針對這種情況，在本工程中使用干洗劑的方法，即用水泵將干洗劑（如R11）通入已焊接好的銅管系統先進行液體清洗，然后再用氮氣吹洗。R11的標準沸點為23.7℃，所以不用擔心會有液體留存在管路中，等到開機調試抽真空時，留存的R11都會以氣體形式抽出。這種方法從根本上解決了銅管內部的清潔問題，減少了工人的工作量，效果顯著。

3 技術疑難

（1）長制冷管路

本機房中水平和垂直方向的制冷管路最長超過了100m，屬于長制冷管路范圍。對于長制冷管路，最關鍵的問題是制冷量是否衰減，在本工程中根據實際情況，采取的辦法是加大制冷管路的管徑來降低阻力，減少損耗。工廠推薦的銅管直徑為16mm（液管）和19mm（汽管），其中大部分的阻力來自汽管，所以加大管徑至19mm（液管）和28mm（汽管），有效降低了管路沿程阻力，開機調試時壓縮機的各項指標都合格，制冷量沒有衰減。

（2）室內外機高度差

幾乎所有的安裝工程都面臨制冷管路超長、空調室內外機超高的問題。一般來講，對于室內外機的高差應為“寧高不低”，這是由機房精密空調的構造和特性決定的。機房精密空調的主機在室內，室外機僅僅為一個冷凝器，連接銅管均為高壓管，一根為汽管，流向室外機，一根為液管，流向室內機。當室外機在上部時，汽管為上升管，液管為下落管，只需解決向上輸送氣體的問題就可以了，而當室外機在下部時，汽管為下落管，液管成為了上升管，對于壓縮機來講，要將液體從低處吸上來，是比較困難的。針對本項目，室外機比空調主機高25m，采用的做法是在垂直汽管上每隔5m做一個U型彎，它是通過兩個90°彎頭實現的，目的是將垂直管臂上的潤滑油存在油彎內，等壓縮機啟動時由氣體帶動進入冷凝器，另外，在室外機的汽管根部加裝了一個單向閥，為的是避免冷凝器內的制冷劑在設備停機時回灌進壓縮機排氣管內?？傊?，所有做法的目的，都是為了當壓縮機再啟動時，排氣管內不會被液體（制冷劑和潤滑油）堵住，使得壓縮機可以正常工作。

4 問題及解決方案

本機房自2009年投入運行以來，機房精密空調運行狀況良好，沒有出現重大問題。但由于其他空調室外機的逐漸增多，原本就略顯擁擠的場地安裝了大量的空調室外機，造成散熱不暢的問題，在夏季造成多次高壓報警，引起精密空調停機的問題。同時，與之相對應在冬季時也發(fā)生過低壓報警的問題。

空調壓縮機工作時，低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被壓縮機吸入后加壓變成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑在室外進行熱交換時放熱變成中溫高壓的液體，中溫高壓的液體再經過節(jié)流部件節(jié)流降壓后變成低溫低壓的液體，低溫低壓的液態(tài)制冷劑在室內進行熱交換時吸熱蒸發(fā)后變成低溫低壓的氣體，然后進入壓縮機壓縮，往復循環(huán)。在夏季天氣炎熱時，從壓縮機出來的高溫高壓氣態(tài)制冷劑由于室外冷凝器散熱不足，氣態(tài)制冷劑無法全部相變?yōu)橹袦馗邏旱囊后w，導致系統內高壓氣體積聚，引起高壓報警。

針對本機房所產生的高壓報警，建議采取兩個解決方案。其一是從空調中抽出多余制冷劑，調節(jié)高壓在合理范圍內。但這個方案在冬季氣溫低時，空調又會產生低壓報警，此時又需要向空調補充制冷劑，因此，每年的夏季、冬季都需要向空調抽出和補充制冷劑，這就增加了人工維護成本，而且這種辦法大都是在故障發(fā)生后采取的措施，增加了IT設備宕機的危險。其二是針對空調室外機散熱不暢的問題，利用自來水給室外機降溫，將水加壓形成水霧給室外機降溫。通過增加一些傳感器，可以將該裝置設為自動模式，保證了空調不會出現高壓報警的故障。其三是要定期清洗室外機，尤其是每年春季飄柳絮之后，要及時清洗表面灰塵及臟物。精密空調空氣過濾網也要及時更換，過濾網太臟易產生低壓告警。