概要

處理關(guān)鍵業(yè)務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的有效、可靠運(yùn)行是各行業(yè)公司取得成功必不可少的要素。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)停止運(yùn)行的成本很高，即便短暫的中斷也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力、利潤(rùn)和客戶商譽(yù)的潛在損失。處理關(guān)鍵業(yè)務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不再局限一個(gè)地方，現(xiàn)在許多組織有多個(gè)數(shù)據(jù)中心，包括遠(yuǎn)程的小型數(shù)據(jù)中心。

小型或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心不能像大型數(shù)據(jù)中心一樣，在支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)上得到相同的關(guān)注度，盡管系統(tǒng)故障造成的損失相當(dāng)高。特別是，環(huán)境控制可能不太受關(guān)注：無(wú)論是由于快速增長(zhǎng)（導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心“增長(zhǎng)快于”支撐系統(tǒng)）或是缺乏對(duì)敏感電子設(shè)備制冷要求的理解，有些用戶最終還是嘗試采用舒適性空調(diào)系統(tǒng)為精密電子設(shè)備提供制冷。

結(jié)果是加大了被保護(hù)設(shè)備過(guò)早失效的風(fēng)險(xiǎn)，提高了必要運(yùn)營(yíng)成本。

精密空調(diào)是專門設(shè)計(jì)用于滿足高熱密度電子類負(fù)載的需求，此類負(fù)載產(chǎn)生的顯熱高于一般的舒適性環(huán)境，且需要全年365 天、每天24 小時(shí)的不間斷制冷。電子設(shè)備對(duì)濕度變化更為敏感，要求空氣質(zhì)量要求比一般舒適性環(huán)境高。

通常由于精密空調(diào)的初期投資成本較高，因此客戶常常選擇舒適性空調(diào)，并承受由此導(dǎo)致的敏感電子設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。但由于精密空調(diào)專用于高顯熱環(huán)境，并且全年不間斷運(yùn)行，因此，在整個(gè)使用壽命期內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用比舒適性空調(diào)要低。因此，同時(shí)考慮初期投資成本和運(yùn)營(yíng)成本時(shí)，精密空調(diào)實(shí)際上是費(fèi)用最低的解決方案。

精密VS 舒適性制

對(duì)數(shù)據(jù)中心可靠運(yùn)行所需的支撐設(shè)備規(guī)劃的考慮，通常比對(duì)主設(shè)備的考慮要少，規(guī)模較小的設(shè)施或遠(yuǎn)程設(shè)施尤為如此。諸如支持關(guān)鍵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境控制、供電可靠性和有效監(jiān)控等領(lǐng)域，受關(guān)注的程度低于服務(wù)器、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)配置等領(lǐng)域。然而，這些系統(tǒng)性能不僅僅依賴于網(wǎng)絡(luò)連接，也依賴供電和環(huán)境支持系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)電子元件的發(fā)熱和敏感度要求溫度、濕度、空氣流動(dòng)和空氣潔凈度維持在嚴(yán)格的范圍內(nèi)。

精密空調(diào)是專為此目的而設(shè)計(jì)的。舒適性空調(diào)偶爾也應(yīng)用于這些場(chǎng)合；但通常是因?yàn)槿藗冸y以區(qū)分舒適性空調(diào)和精密空調(diào)之間的差異。

舒適性空調(diào)系統(tǒng)包括普通空調(diào)、住宅區(qū)中央空調(diào)和辦公室與商用寫字樓內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它們主要為工作人員提供舒適的環(huán)境。

精密空調(diào)主要為主設(shè)備提供全年不間斷制冷，精密濕度控制，和比舒適性空調(diào)更高的制冷能力/平方英尺。

具體而言，精密空調(diào)與舒適性空調(diào)之間有七個(gè)主要差異。

1. 優(yōu)化制冷以滿足電子系統(tǒng)要求

電子設(shè)備比一般舒適性環(huán)境產(chǎn)生更高的顯熱，這極大改變了對(duì)制冷系統(tǒng)的要求。

有兩種制冷類型：潛熱制冷和顯熱制冷。

潛熱制冷是指空調(diào)系統(tǒng)消除濕氣的能力。這在一般舒適性制冷場(chǎng)合下很重要，例如辦公寫字樓、零售商店及人群密度較高的其他地方。潛熱制冷的重點(diǎn)是保持人們工作環(huán)境的溫濕度平衡。這些地方通常有直接通往外面的門和進(jìn)出口通道。

顯熱制冷是空調(diào)系統(tǒng)消除熱量的能力，可采用溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量/平方英尺比寫字樓要高，并且人群密度相對(duì)較低。

在大多數(shù)情況下，除平時(shí)很少用的緊急出口外，數(shù)據(jù)中心無(wú)直接通往寫字樓外面的出口。

舒適性空調(diào)的顯熱比為0.60~0.70 。這意味著60%~70% 的制冷量用于降溫，30%~40% 的制冷量用于除濕。為實(shí)現(xiàn)高效制冷，數(shù)據(jù)中心環(huán)境要求顯熱比達(dá)到0.80~0.90。精密空調(diào)的顯熱比為.85~1.0。 這意味著80%~100% 的制冷量用于降溫，僅0%~20% 是用于除濕。因此，在處理相同顯熱負(fù)載的情況下，“標(biāo)稱”20 冷噸的舒適性空調(diào)所需數(shù)量要多于精密空調(diào)。

圖1 普通辦公環(huán)境中，60%-70% 為顯熱負(fù)載（.6-.7 SHR ），而計(jì)算機(jī)機(jī)房有90%-100% 的顯熱負(fù)載（.85-1.0 SHR ）。

隨著潛熱輸出的減少，除濕需求也在減少。 數(shù)據(jù)中心對(duì)潛熱制冷的需求最低，除濕需求也最低。由于精密空調(diào)主要用于消除顯熱，而不是除濕，具有較高的顯熱比。因此，精密空調(diào)最適用于數(shù)據(jù)中心。

2. 符合數(shù)據(jù)中心高熱密度要求的系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)

電子設(shè)備環(huán)境下的熱密度是一般辦公環(huán)境熱密度的3-5 倍，而且還在以更快的速度增加。

具體而言，每250-300 平方英尺的辦公室要求1 冷噸的制冷量（12,000 BTU /小時(shí)或3,413 瓦），平均為15 瓦/平方英尺。然而，每50-100 平方英尺的數(shù)據(jù)中心就要求1 冷噸的制冷量，平均為75 瓦/平方英尺。這是數(shù)據(jù)中心在某一年度的平均值，有些站點(diǎn)的負(fù)載熱密度高達(dá) 200~300 瓦/平方英尺。

從氣流角度來(lái)看，精密空調(diào)的設(shè)計(jì)與舒適性空調(diào)不同，其設(shè)計(jì)的目的是為了解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)較大負(fù)載熱密度。精密空調(diào)可實(shí)現(xiàn)較高的顯熱比，有助于維持設(shè)定溫濕度水平，并可通過(guò)較大的空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更好的空氣過(guò)濾。

圖2：計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)的熱密度一般是辦公環(huán)境的3-5 倍。

精密空調(diào)一般為每冷噸制冷量配置500～900 立方英尺/分鐘的風(fēng)量，這與舒適性空調(diào)350～400 立方英尺/分鐘的風(fēng)量形成鮮明的對(duì)比。

此外，刀片服務(wù)器及其它新一代機(jī)架設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)中心提出了前所未有的散熱要求。新一代服務(wù)器和通信交換機(jī)產(chǎn)生的熱量/平方英尺是十年前的十倍。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員和工程師需要考慮，同時(shí)采用高架地板精密空調(diào)和專業(yè)散熱裝置。舒適性空調(diào)僅僅是采用簡(jiǎn)易裝置，來(lái)應(yīng)對(duì)這種新挑戰(zhàn)和相關(guān)的散熱要求。

3. 精密濕度控制

如果忽視濕度的影響，將會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期的、嚴(yán)重的問(wèn)題，包括主設(shè)備、其他資源以及基礎(chǔ)設(shè)施的損失。數(shù)據(jù)中心環(huán)境的最佳相對(duì)濕度范圍是45%～50%。相對(duì)濕度過(guò)高時(shí)，濕氣會(huì)腐蝕開關(guān)電路，引起功能失效和設(shè)備故障。而當(dāng)相對(duì)濕度過(guò)低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干擾設(shè)備正常運(yùn)行的靜電放電。由于數(shù)據(jù)中心一般是需要全年365×24 小時(shí)不間斷制冷，所以更易產(chǎn)生較低的相對(duì)濕度。

舒適性空調(diào)一般沒(méi)有濕度控制，則很難保持?jǐn)?shù)據(jù)中心穩(wěn)定的相對(duì)濕度。如果增加了必要的控制和部件，那么它們必須作為一個(gè)完整系統(tǒng)運(yùn)行。精密空調(diào)有多種運(yùn)行模式，可以提供適當(dāng)比率的制冷、加濕和除濕，更適合于對(duì)濕度控制精度要求較高的數(shù)據(jù)中心。

圖3遠(yuǎn)紅外加濕器使精密空調(diào)能提供快速、精密的溫度控制。

4. 防止灰塵等污染物

即使少量的灰塵或其他顆粒，也會(huì)損壞存儲(chǔ)媒介和電子元件。大多數(shù)舒適性空調(diào)采用住宅型空氣過(guò)濾器，過(guò)濾效率僅為10% ，這對(duì)于數(shù)據(jù)中心環(huán)境而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。精密空調(diào)的過(guò)濾器具有更高效的內(nèi)部過(guò)濾腔，其效率可達(dá)20%-30% ，且符合ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)。

5. 高效的不間斷制冷

大多數(shù)寫字樓內(nèi)使用的舒適性空調(diào)每天平均要運(yùn)行8 小時(shí)，每周運(yùn)行5 天。假設(shè)僅在夏季月份有制冷要求，則相當(dāng)于每年要運(yùn)行約1,200 小時(shí)。

不管外部環(huán)境如何，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心要求每年365 天、每天24 小時(shí)的不間斷散熱。精密空調(diào)及其部件設(shè)計(jì)滿足高標(biāo)準(zhǔn)的制冷需求。當(dāng)精密空氣調(diào)節(jié)機(jī)組內(nèi)其他部件可根據(jù)需求開啟或關(guān)閉時(shí)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)則需要每年8,760 小時(shí)地持續(xù)運(yùn)行。

圖4精密空調(diào)可提供機(jī)房級(jí)到機(jī)架級(jí)保護(hù)的多種配置

此外，帶有室外熱交換器的舒適性空調(diào)，當(dāng)外部環(huán)境溫度降至32° F 以下時(shí)，由于壓力過(guò)低，一般不能運(yùn)行。但是精密空調(diào)可在-30° F 的條件下正常運(yùn)行，而乙二醇制冷系統(tǒng)在-60° F 的條件下正常制冷。

6. 較低的運(yùn)營(yíng)成本

由于基礎(chǔ)工程、設(shè)計(jì)和設(shè)備存在差異，因此，舒適性空調(diào)與精密空調(diào)的初期投資費(fèi)用不能反映全部問(wèn)題。較為精確的比較，是考慮兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本的差異。

基于以下假設(shè)，對(duì)兩種方法的運(yùn)營(yíng)成本比較（可針對(duì)具體情況進(jìn)行更為詳細(xì)的分析）：

• 每冷噸制冷量需要1.0 馬力（0.747 kw）功率。

• 壓縮機(jī)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的效率為90%。

• 電力成本為$0.06/瓦時(shí)。

•11 月～次年3 月（3,650 小時(shí)）要求加濕。

•精密空調(diào)的顯熱比（SHR ）為0.90， 舒適性空調(diào)的顯熱比為0.60 。

首先，計(jì)算一冷噸制冷量的機(jī)組運(yùn)行一年的成本：

總成本為$436 每冷噸/年。

然后，用總成本除以系統(tǒng)的顯熱比，得出每冷噸顯冷量的成本。對(duì)于精密空調(diào)而言，每冷噸顯冷量的成本是：

對(duì)于舒適性空調(diào)而言，每冷噸顯冷量的成本是：

在上述范例中，舒適性空調(diào)每年的運(yùn)營(yíng)成本比精密空調(diào)的運(yùn)營(yíng)成本高出$243/每冷噸顯冷量。這和業(yè)界普遍認(rèn)同的原則一致，即舒適性空調(diào)3 冷噸制冷量相當(dāng)于精密空調(diào)2 冷噸制冷量。

第二點(diǎn)比較是再加濕成本，通過(guò)計(jì)算每產(chǎn)生1 冷噸顯冷量的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的潛冷量來(lái)確定。

對(duì)于精密空調(diào)而言：

對(duì)于舒適性空調(diào)而言：

舒適性空調(diào)每產(chǎn)生1 冷噸顯冷量，就會(huì)消耗6,667Btu 用于除濕。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的相對(duì)濕度為45%～50% ，則需要消耗同樣的能量用于加濕。

增加的成本是：

在上述情況中，當(dāng)考慮了所有制冷和再加濕成本時(shí)，舒適性空調(diào)每年的運(yùn)營(yíng)成本比精密空調(diào)高出$670/ 冷噸顯冷量。

7. 增強(qiáng)服務(wù)與支持

關(guān)鍵環(huán)境需要關(guān)鍵支撐系統(tǒng)的高可用性。因此，這些系統(tǒng)運(yùn)行可靠，并且符合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的控制要求很重要。

精密空調(diào)的部件冗余比舒適性空調(diào)的要多，以保證其出現(xiàn)某些故障時(shí)仍能繼續(xù)運(yùn)行。此外，精密空調(diào)是由廠方培訓(xùn)的服務(wù)工程師進(jìn)行安裝，他們更熟悉數(shù)據(jù)中心的需求和敏感性。制造商可提供對(duì)精密空調(diào)24 小時(shí)緊急服務(wù)和預(yù)防性維護(hù)服務(wù)。由于即使短暫的停機(jī)都會(huì)影響機(jī)房安全底線，因此，設(shè)計(jì)精密空調(diào)的首要考慮因素是適用性。

結(jié)論

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境有獨(dú)特的要求。舒適性空調(diào)適于人員居住或只有常規(guī)設(shè)備的“舒適”環(huán)境。

精密空調(diào)具有高效率、高可靠性和靈活性的特點(diǎn)，能滿足數(shù)據(jù)中心和其他高可用性計(jì)算機(jī)機(jī)房日益增加的散熱、濕度控制、過(guò)濾及其他方面的要求

文章來(lái)源：精密空調(diào) http://www.tehnit.com/