精确送风系统技术规范书.doc

通信机房、数据中心精确送风系统

技术规范书

福建省邮电规划设计院有限公司
Fujian Post&Telecom Planning-Designing Institute Co.,Ltd.
2010年08月

通信机房、数据中心精确送风系统技术规范书

1、概述
精确送风是指通过风管、送风器、调节器等装置将空调冷风直接送入机柜内，对机柜冷却后排出。实现了“先冷设备、再冷环境”，通过对送风区域及送风量的精确控制，以达到降低空调能耗的目的。精确送风可以分为下进风和上进风方式，所谓下进风方式，就是在机柜底部开一个可调节风量的进风口，将架空地板下的冷空气输送到机柜前面专门冷气通道而不流失；而上进风方式从气流组织原理上基本与下进风方式相同，唯一不同的是进风口设在机柜顶上。
精确送风适用于原为风帽送风或风管送风的机房，特别是有局部过热现象、且机房层高及走线架的布置能满足上送风精确送风改造要求的机房。设备发热量大、分布密集的大型通信机房和IDC数据中心机房改造节能效果更佳。
本规范书规定了通信机房、数据中心精确送风系统技术要求等，适用于通信机房、数据中心精确送风系统的设备选型，也可作为工程招标的依据。
2、总体技术要求
2.1 系统组成
机房精确送风系统由空调系统、管道系统、送风装置及监测与控制系统组成。
管道系统包括：送风主风管及支风管、伸缩软管及送风接头。
送风装置包括：风量调节阀、送风器及送风器与机架接口安装件。
监测与控制系统包括：机房温度控制系统、机柜温度及送风量监控系统及新风监控系统。
2.2 精确送风实现方式
冷通道封闭精确送风是通过上送风方式来实现的。冷气流经的通道主要包括：主送风管、支风管调节阀、连接软管、送风器和机柜，如图1所示。

图1 冷通道封闭可变风量精确上送风的基本形式
工作原理如图2所示，主风管把来自静压箱的冷风输送各支风管，各支风管均
安装有调节阀，通过调节阀控制送给每个机柜的冷风量。

图2 上送风方式工作原理示意图
2.3 总体技术要求
上送风方式风管设定：梁下净高度≥3.7m，送风距离≤15m。若送风距离>15m，应核算最远端的空调送风风压、风量等能否满足工艺设备散热需求，如不能满足，可考虑通过提高空调风机风压以及增加回风管道、诱导风机等辅助手段来满足设备散热需求。
送风主管应满足单列机柜平均3KW的送风量，对于单机柜功耗>5KW的机柜，建议采用独立集中区域布置方式，并对其进行冷源的专门配备、强化散热或采用其他技术手段。
系统通电要求：空调系统、调节和监控系统为双路交流市电供电，监控系统宜采用UPS电源。
2.3.1 机柜风量要求
机柜出风口与进风口的温度差要求≤15℃，单机柜所需风量大于图3(或表1)给出的送风量。机柜最小送风量按下式计算：
Q=P/(Cp×p×△t)m3/h
其中，P——机柜功耗，单位：W
Cp——空气的比热容，单位：kJ/kg·℃
p——空气的密度，单位：kg/m3。
△t——机柜出风口与进风口的温度差，可取15℃
当机柜进风温度为25℃时，上式可简化为Q=3×P/△t=p/5。
表1 单机柜送风量与功耗关系表
序号
机柜功耗(KW)
最小送风量(m3/h)
1
≤0.5
100
2
≤1
200
3
≤1.5
300
4
≤2
400
5
≤2.5
500
6
≤3
600
7
≤3.5
700
8
≤4
800
9
≤4.5
900
10
≤5
1000

图3 单机柜送风量与功耗关系图
2.3.2 机房环境要求
机房冷热通道应进行隔离，在机房实施冷通道封闭精确送风后，机柜前面安装的送风器实现了冷热气流的隔离，整个机柜外部空间形成热通道。
为了保证机房内设备运行的可靠性和维护人员的舒适性，机柜进风口空气温度范围为20～30℃，相对湿度35%～65%，空调回风温度≤35℃。
2.3.3 机柜列间走道要求
机柜列间距以满足单列开门为基本条件，并尽量增大间距。
对于老机房：两列机柜间距D≥0.8m，参见图4所示。
对于新建机房：当两列机柜朝向相同时，间距D≥1m(含单个送风器厚度O.2m)；当两列机柜朝向不同时，前门间距D1≥1.2m(含两个送风器厚度O.4m)，后门间距D2≥O.8m，即除去送风器厚度后，机柜间距大于O.8m。参见图5所示.

图4 老机房机柜列间距说明

图5 新机房机柜列间距说明
3、各构件技术要求
3.1 空调系统
为了满足冷通道封闭可变风量精确送风的控制需求，机房空调需要作如下技术改进：
空调系统由原来的回风温湿度控制策略改为送/回风温湿度同时控制策略，空调电控系统必须留有相应的RS485接口，可通过远端控制，相关通讯协议需遵从万能主从节点协议。
空调系统送风量变化范围应不导致空调蒸发器表面结冰，且送风量能够无级调节，推荐送风量调节范围：70%～100%。
3.2 送风管道
送风管道由以下三部分组成：主送风管、支风管、伸缩软管和送风接头。
设计主送风管、支风管、伸缩软管和送风接头的尺寸和材质要求如表2：
表2 送风管道尺寸和材质要求列表
名称
尺寸
材质
主送风管
矩形，主风管推荐设计风速为8～lOm/s，其截面积根据所需输送风量及设计风速确定，风管长短边比小于4：1，长宽与静压箱匹配；主送风管应设计为长度方向变径形式，以保证内部静压的稳定
推荐酚醛铝箔复合材料，保温材料密度≥60kg/m3，燃烧性能B1级，弯曲强度≥1.05MPa，厚度≥20mm；如采用镀锌钢板风管，其外表面包裹橡塑保温材料的厚度≥20mm
支风管
圆形，直径不小于225mm
镀锌钢板螺旋圆风管，其外表面包裹橡塑保温材料的厚度≥20mm
伸缩软管
圆形，直径不小于225mm
柔性风管，如玻纤布聚脂薄膜铝箔复合金属钢带螺旋软管、铝箔聚脂复合夹丝螺旋软管等
送风接头
圆台形，一端与伸缩软管匹配，另一端与送风器入风口匹配
轻质阻燃塑胶，阻燃等级UL94-FV0，厚度≥2mm，最外面覆盖保温棉(如：聚氨脂泡沫塑料)，厚度≥10mm
3.3 调节阀
调节阀安装在支风管上，其尺寸与支风管相同，直径≥225mm，支持手动调节和自动调节；为便于机房实行风量自动监控调节，可以设置自动调节阀。
通过控制调节阀的开度，实现对每个机柜送风量的精确控制。其结构如图6所示：

图6 调节阀结构示意图
开度调节范围：0～100%；开度调节精度：±5%；供电电压：48VDC或220VAC。
3.4 送风器
3.4.1 送风器的结构类型
根据安装方式的不同，送风器分为两类：门板式送风器和悬挂式送风器，其结构如图7、图8所示。

图7 门板式送风器

图8 悬挂式送风器
3.4.2 门板式送风器的适用条件
1) 改造机柜的前门可以拆除；
2) 机柜安装接口符合下节尺寸要求。
3.4.3 悬挂式送风器的适用条件
1) 改造机柜的前门不能或不便拆除；
2) 改造机柜前门的开孔率≥50%，且分布规则。
3.4.4 门板式送风器结构
门板式送风器规格如下：
1) 送风器材料规格：Fe，08，T1.5，即冷轧板，材质符合我国的优质碳素冷轧钢08材料，板材厚度为1.5mm；
2) 进风孔有效通风直径≥Φ177mm；
3) 内测贴附隔热棉(如：聚氨脂泡沫塑料，厚度≥10mm)，减少热交换；
4) 机柜内部风压通过上下两排风压调节孔进行调节；
5) 挡风板的默认安装间距为200mm，且等间距规则分布，其作用是：改变风向，确保冷风流向设备侧。现场可根据送风方式的不同，手动调整挡风板的安装方向；
6) 送风器的有效储风截面为400mm×200mm的梯形结构；
7) 送风器通过门锁及门轴与机柜连接；
8) 门板送风器的上端通过进风口与伸缩软管连接，下端封闭，结构如图9所示。
3.4.5 门板式送风器尺寸系列
门板式送风器的尺寸系列如表3所示：
表3 门板式送风器的尺寸系列表
适配机柜高度(H)
1800mm
2000mm
2200mm
送风器高度(H1)
1675mm
1875mm
2075mm
送风器宽度(W1)
594mm
备注：优选机柜的宽度尺寸为600mm，其它尺寸规格的机柜适配送风器，需要进行特殊定制。

图9 上送风门板送风器示意图
3.4.6 门板式送风器门锁的高度尺寸
门锁距下基准面的距离为1100mm永远保持不变，门锁高度与机柜高度无关。其结构如图10所示：

图10 上送风门板送风器示意图
3.4.7 悬挂式送风器结构
悬挂送风器规格如下：
1) 送风器材料规格：Fe，08，T1.5，即冷轧板，材质符合我国的优质碳素冷轧钢08材料，板材厚度为1.5mm；
2) 进风孔有效通风直径≥Φ177mm；
3) 内侧贴附隔热棉(如：聚氨脂泡沫塑料，厚度≥10mm)，减少热交换；
4) 机柜内部风压通过上下两排风压调节孔进行调节；
5) 挡风板的默认安装间距为200mm，且等间距规则分布，其作用是：改变风向，确保冷风流向设备侧。现场可根据送风方式的不同，手动调整挡风板的安装方向；
6) 送风器的有效通风截面为400mm×200mm的梯形结构；
7) 悬挂送风器背面均布压铆螺母，用螺钉直接将送风器悬挂固定在机柜门上；
8) 悬挂送风器的上端通过进风口与伸缩软管连接，下端封闭，结构详见图11：

图11 悬挂送风器示意图
3.4.8 悬挂式送风器尺寸系列
悬挂式送风器的尺寸系列如表4所示：
表4 悬挂式送风器的尺寸系列表
适配机柜高度(H)
1800mm
2000mm
2200mm
送风器高度(H1)
1675mm
1875mm
2075mm
送风器宽度(W1)
400mm
备注：优选机柜的宽度尺寸为600mm，其它尺寸规格的机柜适配送风器，需要进行特殊定制。
3.5 门板式送风器与机架安装接口
3.5.1 机架的轮廓尺寸
送风器安装在机柜进风侧，送风器安装深度为D1，机架轮廓如图12所示。

图12 机架的三维尺寸示意图
3.5.2 门板式送风器安装尺寸
门板式送风器的尺寸系列如表5所示：
表5 门板式送风器安装尺寸表
适配机柜高度(H)
1800mm
2000mm
2200mm
送风器安装高度(H1)
1680mm
1880mm
2080mm
送风器安装宽度(D1)
30mm
备注：不同的门锁会导致机柜门厚度的不同。现场改造时，需要根据待改造机柜的机柜门安装特点，得出送风器安装深度。“30mm”只是参考数据。
3.5.3 机架与送风器相对应的接口尺寸
1、优选改造机架的宽度尺寸为600mm，其他尺寸规格的机架需要进行特殊定制。
2、不同公司、不同规格的机架，送风器安装接口会有所不同，现场改造时，需要根据机柜门的安装接口尺寸来确定送风器安装接口尺寸，图13中所给出的数据只是参考数据。
3.6 监测与控制系统
3.6.1 系统组成
机房智能温控系统由空调联动监控系统、机架温度和送风阀监控系统、机房温控管理系统组成，其原理如图14所示，可根据具体情况选择所需的部件。

图14 机房智能温控系统原理图
机架温度和送风阀监控系统：检测机架进风口温度，对机架送风阀门进行开度智能调节控制，将机架排风口温控控制在一定的合适范围内。
机房温控管理系统：配置各机架和机房的温湿度值等参数、收集并上报给上位机相关信息：每台机架的排风温度、机房内的温湿度值、空调系统的运行参数以及告警信息；控制方式选择以及运行日志的报表输出等。
3.6.2 配置方式和控制方式
单独选配空调系统，由机房温控管理系统来进行自动调节。
3.6.3 系统构件规格
1) 机房温控管理系统由控制系统和上位机系统组成；
2) 空调系统、机架温度和送风阀监控系统规格请参考本规范第四章。
3.6.4 人机界面
人机界面：机房管理系统上位机配置端采用友好界面，显示直观，易于操作，主要功能应包括：
1) 配置空调系统控制方式；
2) 显示每台机架的排风温度、机房内的温湿度值、空调系统的运行参数以及告警信息；
3) 输出运行日志报表和告警日志报表。
3.6.5 监测与控制系统应能就近纳入本地动力及环境监控系统。
4、超大功率机架冷却方式
对于大于5KW的超大功率机架冷却问题，送风冷却系统需要进行相应改进，根据机架功耗配置特点和最小送风量选用合适的支风管、伸缩软管以及送风器。
超大功率机架(大于5KW)建议在机房中集中于某个区域安装，并尽可能靠近冷源布置，并相应配置充足的制冷设备。
4.1 风量需求与机架功耗的关系
在送风温度为25℃，机架温升为15℃的情况下，单机架最小送风量与其功耗成线性关系，如下所示。
表10 单机架送风量与功耗关系表
序号
机柜功耗(KW)
最小送风量(m3/h)
1
≤0.5
100
2
≤1
200
3
≤1.5
300
4
≤2
400
5
≤2.5
500
6
≤3
600
7
≤3.5
700
8
≤4
800
9
≤4.5
900
10
≤5
1000
11
≤5.5
1100
12
≤6
1200
13
≤6.5
1300
14
≤7
1400
15
≤7.5
1500
16
≤8
1600
17
≤8.5
1700
18
≤9
1800
5、 其他
同一机房区域中尽量采用同一种规格的支风管和伸缩软管，便于施工和管理。
在老机房改造及设备扩容之前，必须首先搜集扩容后机房设备总功耗，单机架最大功耗，现有机房空调的制冷量、额定送风量及机外余压等方面的数据，然后结合设计送风管路进行校核计算，只有在确认机房改造后冷却能力可以满足要求之后，才能进行实质性的机房技术改造。
如果仅针对机房送风管路进行技术改造仍无法满足机房设备扩容的要求时，则需考虑提高机房的冷却能力，如增加机房空调台数、提高机房空调机外余压等。
6、工程要求
6.1 工程规模
本期有两个工程，一个工程为2010年福建省通信机房空调系统改造工程，拟在厦门本地网2个机房安装70套精确通风设备，改造面积1000平方米；泉州本地网14个机房安装14套精确通风设备，改造面积4000平方米；另一个工程为2010年福建省IDC数据中心机房空调系统改造工程，拟在厦门本地网安装250套精确通风设备，改造面积3000平方米。
6.2 工程安排
（1）工程设计周期：设计委托后，7个工作日完成设计。
（2）设备采购周期：合同签订后，7个工作日到货。
（3）工程施工周期：设备到货后，7个工作日完成。
6.3 工程建设方式
本期工程采用交钥匙方式。厂商负责提供精确送风系统内所有设备，同时负责系统安装有关的所有工程量。