机房精密空调系统设计方案讲解.docx

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机房精密空调系统设计方案讲解

机房精密空调系统

设计方案

目录

第一章精密空调系统配置2

1.1机房设计要求2

1.2机房负荷计算2

第二章系统设计5

2.1系统概述5

2.2系统设计依据5

2.3系统设计原则及系统特点6

第三章Liebert.PEX系列产品介绍7

3.1Liebert.PEX系列描述7

3.2Liebert.PEX机组的特点7

3.3Liebert.PEX机组的设计7

3.4Liebert.PEX机组的节能设计10

第四章施工方案11

4.1空调及机柜摆放示意图11

4.2空调室内室外机安装原则11

4.3空调相关工程建议12

4.3.1防水工程12

4.3.2地板工程12

4.3.3天花工程12

4.3.4墙柱面工程12

4.3.5门窗工程12

4.3.6电气安装13

第五章机房动力环境监控系统13

5.1系统内容13

5.2各子系统内容18

第1章精密空调系统配置

1.1机房设计要求

根据中心机房的实际情况，我们建议选用恒温恒湿机房专用精密空调。

它可以保证电脑机房拥有一个恒久的良好的机房环境。

机房环境特点：

机房中的环境设备在运行中散热量大而且集中，散湿量极小。

即机房设备散热量的95%是显热，热量大，湿量小，热湿比极大。

在这种情况下，空气处理可近似作为一个等湿降温过程。

在这种情况下的焓差小，要消除余热必然是大风量。

此外，因为计算机设备、网络设备24小时不间断运行，所以需要空调系统一年四季不间断地运行。

同时，根据机房的围护结构特点（主要是墙体、顶面、地面，包括：

楼层、朝向、外墙、内墙及墙体材料，及门窗型式、单双层结构及缝隙、散热）、人员的发热量，照明灯具的发热量，新风负荷等各种因素，计算出计算机房所需的制冷量，因此选定空调的容量。

数据中心机房空气环境设计参数：

机房的环境是靠空调机来实现的。

但是，保证机房的洁净度则要求做到以下几点：

1.机房要密封墙体围护结构清洁。

2.机房要保持正压，防止脏空气侵蚀。

新风做到两级净化，即初效、亚高效过滤器，

从而使输入机房的空气质量大大提高。

3.空调机设中效过滤器，并定期更换，从而保证机房循环中不断对空气净化。

4.该方案设计可以保证，空气洁净度达到国标要求。

机房专用空调采用下送风、

上回风的送风方式。

1.2机房负荷计算

具体情况：

XXXX机房，房间面积约为142m2，机房机柜安装服务器、存储设备、核心交换机等重要设备。

机房负荷分析：

负荷构成：

主机房空调负荷包括冷负荷、热负荷和湿负荷。

冷负荷是指在某一时刻为保持机房具有稳定的温度、湿度，需要向机房空气中供应的冷量；热负荷是指为补偿房间失热量而需要向房间供应的热量；湿负荷是指为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量。

其中，冷负荷主要由以下部分组成见表：

按照空调设计中负荷计算的要求，精确空调负荷的确定方法如下：

机房主要热量的来源：

热负荷分析：

（1）计算机设备热负荷：

Q1=860*P*η1*η2*η3（Kcal/h）

Q1：

计算机设备热负荷

P：

机房内各种设备总功耗

η1：

同时使用系数

η2：

利用系数

η3：

负荷工作均匀系数通常，η1、η2、η3取0.6—0.8之间，本设计考虑容量变化要求较小，取值为0.6。

（2）照明设备热负荷：

Q2=C*P（Kcal/h）

P：

照明设备标定输出功率

C：

每输出1W放热量Kcal/hw（白炽灯0.86口光灯1）根据国家标准《计算站场地技术要求》要求，机房照度应大于2001x，其功耗大约为20W/M2以后的计算中，照明功耗将以20W/M2为依据计算。

（3）人体热负荷

Q3=P*N（Kcal/h）

N：

机房常有人员数量

P：

人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21℃和24℃时均为102Kcal。

（4）围护结构传导热

Q4=K*F*（t1-t2）（Kcal/h）

K：

转护结构导热系统普通混凝土为1.4—1.5

F：

转护结构面积

t1：

机房内内温度℃

t2：

机房外的计算温度℃在以后的计算中，t1-t2定为10℃计算。

屋顶与地板根据修正系数0.4计算。

（5）新风热负荷计算较为复杂，在此方案中，我们以空调本身的设备余量来平衡，不另外计算。

（6）其他热负荷

除上述热负荷外，在工作中使用的示波器、电烙铁、吸尘器等也将成为热负荷，由于这些设备功耗小，只粗略根据其输入功率与热功当量之积计算。

Q5=860*P

依据经验采用“功率及面积法”计算机房热负荷：

Qt=Q1+Q2

其中，Qt总制冷量（KW）

Q1室内设备负荷（=设备功率×0.8）

Q2环境热负荷（=0.12～0.18kW/m2×机房面积）

根据目前机房内设备数量估算机房内负载约为30KW，所以室内设备热负荷为：

Q1=30*0.8=24KW

环境热负荷为：

Q2=0.18kw/平方米×142平方米＝25.56KW

则Qt=Q1+Q2=24+25.56=49.56KW

注：

电池发热量忽略不计。

此外，UPS的发热量也非常小，也可忽略不计。

实际工程热符合估算方法：

在实际工程方案设计中由于建筑物机构的复杂性，通常根据下表来选择机房单位面积的冷量需求，然后根据总面积计算出冷量需求。

主机房空调装机容量：

主机房空调装机容量应根据空调制冷负荷总量Q，预留15-20%余量。

主机房空调设备配置时，可根据具体情况分期实施，分期实施时应在支持区为设备预留足够的空间。

按此情况此机房空调设备应该配置不小于60KW的总冷负荷。

为了保证客户的投资回报率以及机房安全，我们建议配置两台P2040双系统的精密空调，一方面满足机房实际制冷量的需求，另一方面两台空调可以在一定程度上降低由于空调设备故障引起的机房温度短时间快速升高问题，给空调的维修预留充足的时间，从而保证机房设备的安全。

第2章系统设计

2.1系统概述

随着电子计算机在国防、科研、生产自动化、管理等领域的广泛应用，近二十几年里在我国如雨后春笋般地建成了很多大、中、小各种规模的计算机机房，为计算机寻求和建造一个合适的工作环境以确保计算机可靠，充分发挥其设计性能，延长机器的使用寿命以及确保工作人员身心健康的问题越来越受到建设方的重视，并成为追求目标。

艾默生网络能源具有业界最齐全的网络能源产品线、并且其网络能源主设备全部为自有品牌。

艾默生网络能源利用自身强大的技术优势，为客户提供端到端的一体化解决方案，这样降低了客户选型、采购、工程管理的整体成本，大幅度提高工程建设速度，缩短工程周期，加快机房投产，统一和缩小客户的维护工作界面，这样有助于客户专注于核心业务，提高客户的核心竞争力。

根据中国国家标准GB50174-03《电子计算机机房设计规范》，并实际考虑机房容量估计和初步建设思路要求，结合艾默生网络能源产品特性和配置特点拟制了机房环境控制一体化技术建议书。

系统方案中涉及到机房专用空调系统、机房环境场地和设备监控系统等。

建议XXXX机房专用空调系统采用艾默生Liebert.PEXP2040FWPMS1R（2台）精密空调，该类型空调采用模块化结构设计;全正面维护;高技术“V”型蒸发器盘管;先进的涡旋式压缩机，高效、节能;大屏幕LCD带图形、全中文菜单显示器。

2.2系统设计依据

1.GB2887-07《计算机场地技术条件》；

2.YD／T585-2006《通信用配电设备》；

3.YD5040-07《通信电源设备安装设计规范》；

4.YD/T1051-2008《通信局（站）电源系统总技术要求》；

5.YD/T1058-2008《通信用高频开关组合电源》；

6.YD/T5098-2007《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》；

7.YD/T1104-2007《通信用开关电源系统监控技术要求和试验方法》；

8.YD/T1095一2008《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》；

9.YDJ26-06《通信局（站）接地设计暂行技术规定》；

10.GB50174-03《电子计算机机房设计规范》；

11.GB7450-07《电子设备雷击保护导则》；

12.CECS72：

07《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》；

13.CECS89：

07《建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》；

14.GB50174-03《电子计算机机房设计规范》

15.机房规划详细需求

2.3系统设计原则及系统特点

本方案设计的艾默生Liebert.PEXP2040F机房专用空调系统符合XXXX机房使用要求。

2.3.1通用性

本系统的设计符合国家设计标准。

2.3.2可靠性

设备具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，不影响其他设备正常工作。

2.3.3稳定性

产品都经过全球主要电信商、数据网以及金融行业长期的运行考验，在业界具有领先的技术、领先的制造和领先的品牌；

2.3.4安全性

符合高等级的抗扰度国际标准，工作安全可靠；

2.3.5可维护性

主设备采用模块化结构设计，便于故障的维护处理；

2.3.6扩充性

在系统设计中充分考虑到用户后期的扩容，做了合理的冗余设计；

2.3.7经济性

系统整体设计，可合理设计设备容量，减少设备成本。

第3章Liebert.PEX系列产品介绍

3.1Liebert.PEX系列描述

3.2Liebert.PEX机组的特点

. 高可靠性、高节能性、全寿命低成本

. 同等制冷量条件下，占地面积最小。

侧面及背面不需要维护空间，前面只需要600mm维护空间

. 可拆卸后搬运，保证重新组装与整机无差别，适合特殊场地搬运（如利用小电梯或狭小通道）

. 艾默生Copeland高效涡旋式压缩机，直接适合环保制冷剂（R407C）

. 自适应风机系统，满足不同机外余压需求

. 大面积V型蒸发器，快速除湿设计，确保节能

. 独特的高效远红外加湿系统，加湿速度快，适应恶劣水质，低维护量

. 全中文图形显示屏

. iCOM强大的群控与通讯功能

3.3Liebert.PEX机组的设计

Liebert.PEX风冷系统的室内机由压缩机、蒸发器、加热器、风机、控制器、远红外加湿器、热力膨胀阀、视液镜、干燥过滤器等主要部件组成。

水冷系列还包括高效板式换热器、水流量调节阀。

室内侧制冷系统和水系统中可能涉及维护、更换的器件全部采用易拆卸的Rotalock连接方式，使维护更方便。

. PEX风冷机组整机性能体现了高可靠性、高灵活性、高节能率、全寿命低成本。

. PEX可靠性充分体现在：

iCOM智能控制系统；Copeland涡旋压缩机；自适应风机系统；远红外加湿系统；全调速低噪声冷凝器等。

. PEX高灵活性、高节能率充分体现在：

iCOM智能控制系统；自适应风机系统；远红外加湿系统；全调速低噪声冷凝器；占地面积小；可拆卸搬运，全正面维护；可直接应用环保制冷剂等。

. PEX全寿命成本充分体现在：

iCOM智能控制系统；Copeland涡旋压缩机；自适应风机系统；V型蒸发器；快速除湿系统；远红外加湿系统；全调速低噪声冷凝器等。

. 采用真正的模块化设计思路。

生产的单制冷回路和双制冷回路PEX系列精密空调，可以提供单机的制冷量为20KW至100KW，并可组合在一起。

即能满足现阶段的使用，又能适应未来发展的需求，具有非常广泛的应用范围。

它采用了先进的微处理器控制技术，完全满足机房对环境的精密控制要求。

并且机组控制器可完成各机组间的定时切换及故障切换，同时便于空调系统的集中管理。

PEX机组标配加湿系统为远红外加湿器。

.应用高能效比的谷轮（Copeland,艾默生子公司，世界上最大的涡旋式压缩机生产厂）公司涡旋式（SCROLL）压缩机。

涡旋压缩机的活动部件的减少使机组的噪声及震动降低很多；压缩机的压缩过程连续、平稳；压缩机的排气过程旋转角度超过540度；在吸气及压缩过程中没有热量交换；在压缩过程中制冷剂气流方向没有改变；减少了气流损失；涡旋式压缩机无需高、低压阀门；减少了阀门损失，防止产生液击；启动电流低。

.采用了“V型”蒸发器盘管，采用了带内螺纹的铜管及冲缝型翅片，比采用传统式盘管的机组有更高的传热效率。

采用“V型”结构盘管可使制冷系统的循环与制冷负荷相匹配，并且通过盘管表面的气流更加平稳，最大限度的降低机组噪声。

配有专门除湿电磁阀，当除湿时只用双面蒸发器的其中一面，电磁阀保证只用其2/3面积进行除湿，达到了快速和节能的除湿效果，避免了过度除湿从而增加再热设计，达到节能目的。

.高效低维护量的远红外加湿器：

加湿速度快，适应恶劣水质，低维护量。

加湿器不锈钢水盘，高强度的石英灯，微电脑绝对湿度逻辑控制，5至6秒钟内即可将洁净的蒸汽微粒加入空气中。

石英灯提供的辐射能，使水份在纯净状态蒸发，不含杂物。

远红外加湿器备有自动供水系统，它大大减少了清理维护工作。

这个系统有一个调整的过量供水器以防止矿物质沉淀，在水压为34.5至1034千帕之间，可适当地调节流量。

控制阀还设有一个Y型的松紧螺旋扣，内置水过滤网。

远红外加湿对水质无要求，运行成本低，加湿量大，维护量少。

当加湿水盘内达到高水位标准时，水位探测器将传达报警信号，石英灯和加水阀门都关闭保护。

运行成本低（免除电极加湿式需频繁维护和更换加湿罐的问题）。

.张力自调节风机系统，在出厂设置或现场可通过更换电机皮带轮和皮带的方式（而不是风机皮带轮和皮带）调节机外余压，在增加机外余压的过程中，确保通

过增加电机功率同时增加风量和风压（而不会导致更换风机皮带轮和皮带导致的风压增加、风量下降的问题）。

此外，独特的皮带张力调整系统，可避免在运行过程中出现皮带过

松及过紧的现象，消除了风机丢转的弊病，大大的延长了皮带的使用寿命。

.PEX系统的微处理控制器采用全中文蓝色背光液晶LCD显示屏显示，一般情况下显示室内当前的温度和湿度，温湿度设定值，设备输出百分比图（风机、压缩机、制冷、制热、除湿、加湿等）及报警情况。

用户还可以从显示屏的主菜单上进入浏览各设定点、事件记录、图形数据、传感器数据，报警设置等更详细的信息。

用户界面操作简洁，多级密码保护，

能有效防止非法操作。

控制器具有掉电自恢复功能，以及

高/低电压保护。

通过菜单操作可以准确了解各主要部件运行时间。

专家级故障诊断系统，可以自动显示当前故障内容，方便维护人员进行设备维护。

可存储400条历史事件记录，可以记录MESSAGE（消息），WARNING（警告），ALARM（报警）三种事件。

配置RS485接口，通信协议采用信息产业部标准通信协议。

.iCOM控制器强大的Teamwork群控功能。

PEX的每个模块都有独立的iCOM控制器，并且可以根据现场情况，将各模块联动与群控，同一区域可以将32套机组进行Teamwork方式统一控制管理。

实现的Teamwork群控功能包括：

1、备份：

备份自动切换功能，当群组中机组发生故障时，备份机组自动投入运行，提高空调系统的可靠性；2、轮巡：

定时切换备份机组；3、层叠：

根据机房内热负荷的变化自动控制机组中空调机的运行数量；达到节能的目的4、避免竞争运行：

避免同一机房内多台空调机同时运行在相反的运行状态（制冷/加热、加湿/除湿），达到节能的目的。

.采用高效全调速冷凝器，噪声水平业界最低。

其机组框架由不锈钢连接件与船用等级耐腐蚀铝材组成；一体式风机组合采用独特减震设计；维护要求极低的风扇电机适用于各种气候条件；单/双制冷回路设计；（室外冷凝器）适用于各种恶劣气候条件；可选择水平/垂直两种方式进行（冷凝器）安装。

. 标配漏水检测器，先进的漏水检测系统可以向机组或一个独立的

监控系统提供声光报警信息。

当漏水告警启动时，将自动关闭加湿系统。

3.4Liebert.PEX机组的节能设计

1、高能效压缩机，确保机组高能效比：

采用了世界最大的工业级别压缩机制造商谷轮公司（艾默生子公司）生产的高效涡旋式压缩机，能效比高。

涡旋压缩机的活动部件的减少使机组的噪声及震动降低很多；压缩机的压缩过程连续、平稳；压缩机的排气过程旋转角度超过540度；在吸气及压缩过程中没有热量交换；在压缩过程中制冷剂气流方向没有改变；减少了气流损失；涡旋式压缩机无需高、低压阀门；减少了阀门损失，防止产生液击；启动电流低。

2、“V”型双面蒸发器结构，确保高换热效率：

提高了换热面积，保证了换热效率高，不用加大风机功率弥补换热面积不足，同时机组运行匹配优越。

3、快速除湿功能保证除湿工况的节能：

配有专门除湿电磁阀，当除湿只用双面蒸发器的其中一面，电磁阀保证只用其2/3面积进行除湿，达到了快速和节能的除湿效果，避免了过度除湿从而增加再热设计，达到节能目的。

 4、减少再热器设计，实现节能：

因具备快速除湿设计，因此只需要设计一级再热器即可以满足再热要求，减少了因除湿引起的再热工作时间，从而实现节能。

5、自张力调节室内风机设计，实现风机节能：

室内风机为最匹配效率设计，保障风机工作在最佳状态，达到节能目的。

自张力调节设计保障传动机构高效稳定工作。

6、高效远红外加湿器与绝对湿度控制节能：

高效远红外加湿器5至6秒钟内即可将洁净的蒸汽微粒加入空气中，加湿效率高。

绝对湿度控制方式是按空气中的水分含量控制湿度，不会因温度波动引起的相对湿度波动，造成机组不必要的加湿或除湿动作。

一般机房的温度波动是正常的，如果采用相对湿度控制湿度，则在机房温度降低时相对湿度升高，引起机组的除湿运行，造成不必要的能耗；反之温度升高时相对湿度会减小，引起不必要的加湿运行。

7、室外全调速风扇：

保障室外风机转速与室内机组要求的散热量时时匹配，达到节能目的。

8、iCOM控制器强大的联动与群控功能通过Teamwork方式统一控制管理,实现机房环境的节能控制。

第4章施工方案

4.1空调及机柜摆放示意图

4.2空调室内室外机安装原则

室内机安装建议

基本要求：

a、房间整体通风顺畅，送风、回风无障碍。

b、安装位置综合考虑，结合上下水、液管、汽管连接。

c、室内机安装处防静电地板下电缆等妨碍出风的物体较少。

如现场无特殊要求，当室外机高于室内机时，建议垂直最大距离为20米；当室外机低于室内机时，建议垂直最大距离为5米；建议管道总长不超过60米，管道长度大于30米时，需加装DX管道延长组件。

室外机组的安装方式

注：

安装方式的称呼是以风机的轴流风向确定，不是设备的安装形式。

在空间允许情况下，建议采用直立式安装。

4.3空调相关工程建议

计算机机房是安装计算机设备和工作人员操作计算机的场所，因此机房的选址必须满足计算机设备和工作人员的需求，即必须根据大楼的结构及特点，选择满足机房的防水、防尘、防电磁干扰、防雷、承重等要求的合适位置。

而且机房的功能分区必须结合使用功能、消防功能、建筑结构、实用美观，以及具有可扩展性等方面综合考虑。

4.3.1防水工程

机房防水主要考虑新装精密空调内机滴水或流水的防范，本方案通过在精密空调出风口安装漏水监测系统实现。

4.3.2地板工程

计算机机房工程中活动地板是个很重要的结构件之一，在活动地板上可安装各类计算机等设备，而在地板下的空间则主要用来作为精密空调的送风静压风箱，通过地板上设置的送风口，利用静压复得法，把冷却空气送至计算机设备，保障计算机的安全运行。

由于地板下空间的以上用途，要求地板的架空高度不得过低，实践中一般设置在400-600mm之间。

为满足防尘和保温需求，楼地面刷环保地台漆以防尘防潮，地板下裸露墙面还须敷设13mm的保温层。

考虑到设备大型化引发的大载荷效应以及抗变形和耐水浸能力，防静电活动地板选用具有较高承载能力和抗变形能力的防静电地板。

4.3.3天花工程

为保证机房的净高，保障精密空调的回风空间和机房的开敞性，我们建议机房综合布线电线缆采用上桥架上走线。

桥架安装前清理天棚底面、梁及墙沿上部并刷2遍环保防尘漆进行防尘处理并敷设9㎜的保温层，其下覆盖8mm美加板并喷刷ICI。

4.3.4墙柱面工程

机房区域墙柱面采用双面夹芯彩钢板，强、弱电线缆进出机房界面附近的柱子旁边新建强、弱电井，以方便线缆进出。

4.3.5门窗工程

机房的出口均安装双开甲级防火门。

区域内的窗户需要进行封闭处理。

4.3.6电气安装

空调输入总电源开关需要用户提供63A/3P的开关两个，输入主电缆线根据设备要求采用三相五线制（4*16+1*10）平方毫米；

第5章机房动力环境监控系统

5.1系统内容

1）.概述

计算机系统及通信设备数量与日俱增，规模越来越大，中心机房、计算机系统和通讯网络已成为各大单位业务管理的核心部分。

为保证其安全正常运行，与之配套的机房动力系统、环境系统、消防系统、保安系统必须时时刻刻稳定协调工作。

如果机房动力及环境设备出现故障，轻则影响电脑系统的运行，重则造成计算机和通信设备报废，使系统陷入瘫痪，后果不堪设想。

因此对中心机房的动力及环境系统进行实时集中的监控极其必要。

影响机房安全的环境因素：

∙机房进出管理不当，机柜被随意开启,线路被拨插或改接；

∙机房地面积水,影响网络设备运行； 

∙电源系统不稳定,影响网络设备运行；

∙空调及新风系统故障，导致尘埃或纤维性颗粒积聚，微生物的作用还会使导线被腐蚀断掉；

∙过高的室温会使元件失效率急剧增加，使用寿命下降，过低的室温又会使磁介质等发脆，容易断裂；

∙相对湿度过低，容易产生静电，对微电子设备造成静电干扰，相对对湿度过高，会使微电子设备内部焊点和插座的接触电阻增大；

∙机房明火管理不严，给机房造成很大的安全隐患。

鉴于机房的重要地位以及机房辅助设施的重要性，因此有必要建设机房综合监控系统。

厦门尚为科技有限公司研发的EMS系列是专为现代计算机及网络通信机房而设计的远程环境及网络监控报警系统。

EMS系列除可监视机房内的环境参数外，更可监控网络上的IP设备。

它可通过多种不同的通信方式发送报警信息,而且EMS系列已内置了网页服务器，用户可方便地通过网络监测到机房的信息。

2）.建设目标

项目的总体目标是通过对机房内的环境进行统一监控和管理。

按照标准的机房进行监控，主要通过对环境、动力、消防、保安系统进行建设，对机房内的温湿度、市电、烟雾、漏水、安防等建立一套较完整的机房动力监控、环境监控、安全防范监控的管理体系，实现对机房运行环境科学管理，及时发现机房辅助设备的故障和故障隐患，做到及时发现、及时处理。

3）.设计原则

根据机房监控的实际需求需要，以及国内外技术发展的现状和方向，参考国内外其他省市机房监控技术建设的经验，借鉴其建设经验，在方案中我们遵循以下几项总体原则：

稳定可靠:

只有稳定运行的系统，才能确保电子防控工程系统平稳运行。

我们采用低功耗嵌入式ARM芯片，标准工业规格设计，具有硬件看门狗电子线路，永不死机，并且具有来电自启动功能。

架构合理具有可扩展性：

系统采用先进采用模块设计来架构系统，使整个系统安全平稳的运行，并具备良好的扩展条件。

可扩展性保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利地与本次配备的设备共同工作，进一步扩展与提高系统的性能和功能。

一体化设计：

机房内所有被监控的智能设备和各种传感器到监控主机采用直接连接，减少故障点，中间不需要任何采控模块和协议转换模块；真正意义的实现由监控主机自身对所有设备的信号采集和数据采集，由监控主机自身实现对采集的信号和数据进行分析、处理、报警等功能，真正做到allinone.

系统易于操