一、環境參數
1 、溫濕度
ASHRAE標準，電子設備環境分為1~4級及NEBS級，不同等級對應不同溫濕度控制范圍。其中1級（企業服務器、存儲設備）要求最嚴格，推薦溫度20-25℃，相對濕度40%-55%，溫度變化速率≤5K/h。NEBS級（開關、傳輸設備）允許溫度范圍18-27℃，相對濕度最大55%。我國《數據中心設計規范》（GB50174-2017）則將機房分為A、B、C三級，A級主機房設計溫度23±1℃，相對濕度45%-65%，與ASHRAE1級要求基本一致。需注意的是，溫濕度參數并非“越低越好”，過度追求低溫（如低于20℃）會導致空調負荷增加15%-20%，而合理提升溫度（如23-25℃）可減少制冷能耗，同時不影響設備壽命—現代服務器設計耐受溫度已達32℃，留有充足安全余量。
2 、潔凈度與新風
空氣中的塵粒、腐蝕性氣體是電子設備的“隱形殺手”。數據中心循環空氣過濾器需達到MERV11（1級、2級）或MERV13（NEBS級）標準，過濾效率≥85%（針對0.3-1μm顆粒）；新風需經預處理，去除硫化物、氯化物等腐蝕性氣體，避免印刷電路板金屬薄膜腐蝕。新風量設計需兼顧“正壓維持”與“能耗控制”。
3、氣流速度與分布
機柜進風速度直接影響散熱效率，通常要求冷通道風速0.5-1.5m/s，確保冷風均勻進入機柜；熱通道風速可適當提高至1.2-2m/s，加速熱空氣排出。氣流速度需與機柜散熱需求匹配，一般情況下，10kW機柜的進風量需達到1800-2000m3/h，若風速不足，會導致機柜出風口溫度超過35℃，觸發設備降頻。
二、負荷特性
1 、負荷構成
一般情況下，數據機房負荷占數據中心總負荷的75%左右，UPS室占約15%，二者合計近90%。數據中心負荷以設備顯熱為主（顯熱比＞0.9），散濕量極小（主要來自工作人員，每百人散濕量僅1.2kg/h），空調處理過程可近似為“等濕冷卻”。具體來看，設備散熱包括：服務器、存儲設備約占總負荷60%-75%，散熱集中在機柜前門（進風側）；UPS、電池室約占15%-20%，UPS逆變過程發熱穩定，電池充放電時散熱量增加30%；照明、其他設備及工作區的舒適性空調負荷占比＜5%。
2、負荷特性
與常規建筑“夏冷冬熱”不同，數據中心全年需制冷。一般大型數據中心夏季冷負荷達到最大，而冬季基本無熱負荷，需持續散熱。即使在北方地區，冬季機房仍需制冷，這為“自然冷源利用”提供了可能。另一個關鍵特性是“動態增長”，一般情況下，數據中心設施壽命20年，但IT設備每2-5年更換一次，功率密度從初期3kW/機柜增至后期10kW/機柜是常態。因此，空調系統設計需預留30%-50%的擴容空間，隨著數據存儲量及處理量增長，大多數數據中心都有后期擴容需求。
3、負荷計算
負荷計算需遵循“按設備實際功耗”原則，而非估算。已知設備參數時：按“設備額定功率*同時使用系數（0.7-0.9）”計算；未知參數時：參考行業標準，普通機柜2-5kW，高密度機柜8-15kW，UPS室按裝機容量的10%-15%計算（整流、逆變損耗）。同時，計算結果需乘以1.1-1.2的安全系數，應對突發負荷（如設備滿負荷運行）和環境干擾（如夏季極端高溫）等。
三、空調系統架構設計
1 、冷源類型
水冷冷水機組（主要為離心式）：適用于超大型數據中心（冷負荷＞5000kW），優勢是容量大、能效高，缺點是部分負荷下效率下降，需搭配變頻或者部分磁懸浮冷機等提高部分負荷狀態下的能效。風冷熱泵機組：適用于中小型數據中心（冷負荷＜2000kW）。風冷機組無需冷卻水系統，安裝便捷，但COP較低（3.0-3.5），且因冬季一般無制熱需求，相比較舒適性空調，風冷熱泵機組在數據中心空調系統中的適應性更好。自然冷源系統：利用室外低溫節能，在冬季低溫較低的地區，采用“冷卻塔+板式換熱器”的免費冷系統供冷替代機械制冷，節能率可達30%以上。一般情況下，自然冷源利用需在室外溫度＜室內回風溫度10℃以上的情況下，而中國北方地區全年可利用時間達4~6個月，南方地區則可能只有2~3個月。
2、 水系統設計
冷水系統采用“一次泵負荷側變流量”是目前大型數據中心水系統空調的主流方案。通過變頻水泵調節流量，隨負荷變化動態調整，當冷負荷降至50%時，水泵功耗可降低60%（遵循“流量二次方定律”）。 為確保水力平衡，系統需設置分、集水器，每個環路安裝平衡閥，大型數據中心宜采用“同程系統”，減少各末端的水力失調（溫差≤2℃）；中小型可采用“異程系統”，降低造價，但需通過平衡閥精確調試。 同時水質控制也不可忽視，冷凍水PH值一般需保持在7~9之間，硬度＜200ppm（以CaCO?計），需定期添加緩蝕劑、阻垢劑，避免管道腐蝕和換熱器結垢，一旦結垢會使換熱效率下降10%~20%，增加能耗。
3 、冗余設計
根據規范要求，A級數據中心需滿足“全年無間斷運行”，冷源冗余是關鍵。比如有些數據中心空調采用“N+N”冗余，單臺故障時備用機組15分鐘內投入；同時設置“雙冷源末端”—末端機組既接冷凍水管，又接直接蒸發式冷媒管，當冷凍水系統故障時，自動切換至冷媒系統，確保機房不中斷供冷。冗余設計還包括：水泵：一用一備，互為切換；冷卻塔：單塔故障時，其余冷卻塔仍能滿足70%以上負荷；電源：冷源設備接入雙回路供電，配合柴油發電機，應對停電風險。蓄冷：采用冰蓄冷、水蓄冷等蓄冷方式，確保停電后半個小時以內數據中心用冷需求。
4 、末端系統
末端系統是“冷量輸送到設備”的最后環節，其設計直接影響散熱效率，同樣的冷量，因氣流組織不合理，可能導致局部過熱（熱點溫度差＞5℃）。氣流組織，數據中心機房空調系統的氣流組織設計，確保冷熱分離是核心，常用的方法有如下幾種：地板下送風+上部回風：最常用方案，可將架空地板高度設置成600mm高，以形成靜壓箱，冷風口布置在冷通道地板，冷風直接進入機柜進風側（前門），吸收熱量后從機柜后門（熱通道）排出，經上部回風口返回空調機組。這種設計避免冷熱空氣混合，送風效率可提升20%~30%。冷通道封閉+熱通道回風：數據強化散熱方案，在高密度機房（機柜功率＞8kW）采用冷通道封閉（加裝玻璃或板材），將冷風約束在冷通道內，避免擴散損失；熱通道頂部設置專用回風管，直接將熱風抽至空調機組，可進一步減少冷量損耗。上送風方式：適用于無架空地板場景，上送風需將送風口對準冷通道，風速控制在1.5-2m/s，確保冷風下送至機柜進風側；回風口設在熱通道頂部，形成“下送上回”的氣流循環。
5 、末端設備選型
機房專用空調：適用于中小型機房，自帶制冷、加濕、過濾功能，可直接落地安裝，無需集中冷源。一般300m2以下機房可采用該類型，單臺制冷量5-20kW，按“每20-30kW冷負荷配置1臺”布置。風機盤管+新風系統：適用于輔助區域，數據中心的辦公、餐飲等舒適性區域可采用該系統，夏季供冷、冬季供暖，獨立控制溫度（夏季25℃，冬季18-20℃）。行級空調：適用于高密度機柜，貼近機柜安裝，送風距離短（＜3m），冷量直達設備，可解決“局部熱點”問題。一般情況下，10kW以上機柜搭配行級空調，與房間級空調形成“主輔結合”。
6 、機柜布局
機柜布局需配合氣流組織，核心原則是“冷通道進風，熱通道排風”。傳統“機柜同向排列”會導致前一臺機柜的熱風被后一臺機柜吸入（氣流短路），進風溫度升高3-5℃，散熱效率下降。建議在數據機房機會布置方案設計階段，空調專業要求采用面對面、背靠背”排列：相鄰機柜前門相對（形成冷通道），后門相對（形成熱通道）；冷通道寬度1.2-1.5m，熱通道寬度0.8-1.0m；機柜頂部安裝盲板，封閉未裝機柜的空位，避免冷風直接從頂部流失。降低機柜進風溫度，避免出現顯熱點印象局部設備運行。
四、控制系統
1 、監測參數
需監測的核心參數包括：環境參數：冷通道溫度（23±2℃）、熱通道溫度（＜35℃）、相對濕度（45%-65%）；設備參數：冷水機組出水溫度（7℃）、流量、壓力；末端送風溫度、風量；能耗參數：各設備功率、總能耗、COP實時值。重要參數需在中控室實時顯示，異常時自動報警（如冷通道溫度＞26℃時觸發預警）。
2 、調節策略
冷源調節：設置冷機群控系統，根據總冷負荷動態啟停機組，負荷＜30%時開1臺，30%~60%時開2臺，＞60%時開3臺；同時調節出水溫度（夏季7℃，過渡季8-10℃），提高機組COP。部分負荷時，各臺冷機交替開啟，確保各臺冷機運行總時長接近，提高整體運行壽命。末端調節：根據冷通道溫度調節送風量—溫度升高時提高風機轉速，溫度降低時降低轉速，避免過冷。自然冷源切換：當室內回風溫度高于室外10℃時，自動切換至冷卻塔供冷，低于10℃時切換回機械制冷，實現節能與可靠性平衡。
3、應急控制
控制系統需預設應急程序：冷源故障時：立即啟動備用機組，同時末端切換至備用冷源；局部熱點時：自動提高該區域末端送風量，或開啟臨時移動空調；停電時：柴油發電機優先保障空調關鍵設備（水泵、末端風機），維持最小供冷量（滿足設備最低散熱需求）。
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