概要

處理關鍵業務的計算機系統的有效、可靠運行是各行業公司取得成功必不可少的要素。 計算機系統停止運行的成本很高，即便短暫的中斷也會導致生產力、利潤和客戶商譽的潛在損失。處理關鍵業務的計算機系統不再局限一個地方，現在許多組織有多個數據中心，包括遠程的小型數據中心。

小型或遠程數據中心不能像大型數據中心一樣，在支撐系統設計上得到相同的關注度，盡管系統故障造成的損失相當高。特別是，環境控制可能不太受關注：無論是由于快速增長（導致數據中心“增長快于”支撐系統）或是缺乏對敏感電子設備制冷要求的理解，有些用戶最終還是嘗試采用舒適性空調系統為精密電子設備提供制冷。

結果是加大了被保護設備過早失效的風險，提高了必要運營成本。

精密空調是專門設計用于滿足高熱密度電子類負載的需求，此類負載產生的顯熱高于一般的舒適性環境，且需要全年365 天、每天24 小時的不間斷制冷。電子設備對濕度變化更為敏感，要求空氣質量要求比一般舒適性環境高。

通常由于精密空調的初期投資成本較高，因此客戶常常選擇舒適性空調，并承受由此導致的敏感電子設備的風險。但由于精密空調專用于高顯熱環境，并且全年不間斷運行，因此，在整個使用壽命期內的運行費用比舒適性空調要低。因此，同時考慮初期投資成本和運營成本時，精密空調實際上是費用最低的解決方案。

精密VS 舒適性制

對數據中心可靠運行所需的支撐設備規劃的考慮，通常比對主設備的考慮要少，規模較小的設施或遠程設施尤為如此。諸如支持關鍵計算機系統的環境控制、供電可靠性和有效監控等領域，受關注的程度低于服務器、操作系統和網絡配置等領域。然而，這些系統性能不僅僅依賴于網絡連接，也依賴供電和環境支持系統。

數據中心計算機和網絡系統內電子元件的發熱和敏感度要求溫度、濕度、空氣流動和空氣潔凈度維持在嚴格的范圍內。

精密空調是專為此目的而設計的。舒適性空調偶爾也應用于這些場合；但通常是因為人們難以區分舒適性空調和精密空調之間的差異。

舒適性空調系統包括普通空調、住宅區中央空調和辦公室與商用寫字樓內的空氣調節系統。它們主要為工作人員提供舒適的環境。

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

具體而言，精密空調與舒適性空調之間有七個主要差異。

1. 優化制冷以滿足電子系統要求

電子設備比一般舒適性環境產生更高的顯熱，這極大改變了對制冷系統的要求。

有兩種制冷類型：潛熱制冷和顯熱制冷。

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

顯熱制冷是空調系統消除熱量的能力，可采用溫度計進行測量。數據中心產生的熱量/平方英尺比寫字樓要高，并且人群密度相對較低。

在大多數情況下，除平時很少用的緊急出口外，數據中心無直接通往寫字樓外面的出口。

舒適性空調的顯熱比為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。為實現高效制冷，數據中心環境要求顯熱比達到0.80~0.90。精密空調的顯熱比為.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，在處理相同顯熱負載的情況下，“標稱”20 冷噸的舒適性空調所需數量要多于精密空調。

圖1 普通辦公環境中，60%-70% 為顯熱負載（.6-.7 SHR ），而計算機機房有90%-100% 的顯熱負載（.85-1.0 SHR ）。

隨著潛熱輸出的減少，除濕需求也在減少。 數據中心對潛熱制冷的需求最低，除濕需求也最低。由于精密空調主要用于消除顯熱，而不是除濕，具有較高的顯熱比。因此，精密空調最適用于數據中心。

2. 符合數據中心高熱密度要求的系統容量設計

電子設備環境下的熱密度是一般辦公環境熱密度的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 /小時或3,413 瓦），平均為15 瓦/平方英尺。然而，每50-100 平方英尺的數據中心就要求1 冷噸的制冷量，平均為75 瓦/平方英尺。這是數據中心在某一年度的平均值，有些站點的負載熱密度高達 200~300 瓦/平方英尺。

從氣流角度來看，精密空調的設計與舒適性空調不同，其設計的目的是為了解決數據中心內較大負載熱密度。精密空調可實現較高的顯熱比，有助于維持設定溫濕度水平，并可通過較大的空氣流動，實現更好的空氣過濾。

圖2：計算機房內的熱密度一般是辦公環境的3-5 倍。

精密空調一般為每冷噸制冷量配置500～900 立方英尺/分鐘的風量，這與舒適性空調350～400 立方英尺/分鐘的風量形成鮮明的對比。

此外，刀片服務器及其它新一代機架設備對數據中心提出了前所未有的散熱要求。新一代服務器和通信交換機產生的熱量/平方英尺是十年前的十倍。現在，數據中心設計人員和工程師需要考慮，同時采用高架地板精密空調和專業散熱裝置。舒適性空調僅僅是采用簡易裝置，來應對這種新挑戰和相關的散熱要求。

3. 精密濕度控制

如果忽視濕度的影響，將會導致長期的、嚴重的問題，包括主設備、其他資源以及基礎設施的損失。數據中心環境的最佳相對濕度范圍是45%～50%。相對濕度過高時，濕氣會腐蝕開關電路，引起功能失效和設備故障。而當相對濕度過低時，會產生干擾設備正常運行的靜電放電。由于數據中心一般是需要全年365×24 小時不間斷制冷，所以更易產生較低的相對濕度。

舒適性空調一般沒有濕度控制，則很難保持數據中心穩定的相對濕度。如果增加了必要的控制和部件，那么它們必須作為一個完整系統運行。精密空調有多種運行模式，可以提供適當比率的制冷、加濕和除濕，更適合于對濕度控制精度要求較高的數據中心。

圖3遠紅外加濕器使精密空調能提供快速、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，也會損壞存儲媒介和電子元件。大多數舒適性空調采用住宅型空氣過濾器，過濾效率僅為10% ，這對于數據中心環境而言是遠遠不夠的。精密空調的過濾器具有更高效的內部過濾腔，其效率可達20%-30% ，且符合ASHRAE 標準。

5. 高效的不間斷制冷

大多數寫字樓內使用的舒適性空調每天平均要運行8 小時，每周運行5 天。假設僅在夏季月份有制冷要求，則相當于每年要運行約1,200 小時。

不管外部環境如何，大多數數據中心要求每年365 天、每天24 小時的不間斷散熱。精密空調及其部件設計滿足高標準的制冷需求。當精密空氣調節機組內其他部件可根據需求開啟或關閉時，風機系統則需要每年8,760 小時地持續運行。

圖4精密空調可提供機房級到機架級保護的多種配置

此外，帶有室外熱交換器的舒適性空調，當外部環境溫度降至32° F 以下時，由于壓力過低，一般不能運行。但是精密空調可在-30° F 的條件下正常運行，而乙二醇制冷系統在-60° F 的條件下正常制冷。

6. 較低的運營成本

由于基礎工程、設計和設備存在差異，因此，舒適性空調與精密空調的初期投資費用不能反映全部問題。較為精確的比較，是考慮兩個系統運營成本的差異。

基于以下假設，對兩種方法的運營成本比較（可針對具體情況進行更為詳細的分析）：

• 每冷噸制冷量需要1.0 馬力（0.747 kw）功率。

• 壓縮機電機和風機的效率為90%。

• 電力成本為$0.06/瓦時。

•11 月～次年3 月（3,650 小時）要求加濕。

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

首先，計算一冷噸制冷量的機組運行一年的成本：

總成本為$436 每冷噸/年。

然后，用總成本除以系統的顯熱比，得出每冷噸顯冷量的成本。對于精密空調而言，每冷噸顯冷量的成本是：

對于舒適性空調而言，每冷噸顯冷量的成本是：

在上述范例中，舒適性空調每年的運營成本比精密空調的運營成本高出$243/每冷噸顯冷量。這和業界普遍認同的原則一致，即舒適性空調3 冷噸制冷量相當于精密空調2 冷噸制冷量。

第二點比較是再加濕成本，通過計算每產生1 冷噸顯冷量的同時，會產生的潛冷量來確定。

對于精密空調而言：

對于舒適性空調而言：

舒適性空調每產生1 冷噸顯冷量，就會消耗6,667Btu 用于除濕。為了保持數據中心的相對濕度為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，當考慮了所有制冷和再加濕成本時，舒適性空調每年的運營成本比精密空調高出$670/ 冷噸顯冷量。

7. 增強服務與支持

關鍵環境需要關鍵支撐系統的高可用性。因此，這些系統運行可靠，并且符合計算機系統運行環境的控制要求很重要。

精密空調的部件冗余比舒適性空調的要多，以保證其出現某些故障時仍能繼續運行。此外，精密空調是由廠方培訓的服務工程師進行安裝，他們更熟悉數據中心的需求和敏感性。制造商可提供對精密空調24 小時緊急服務和預防性維護服務。由于即使短暫的停機都會影響機房安全底線，因此，設計精密空調的首要考慮因素是適用性。

結論

計算機系統對環境有獨特的要求。舒適性空調適于人員居住或只有常規設備的“舒適”環境。

精密空調具有高效率、高可靠性和靈活性的特點，能滿足數據中心和其他高可用性計算機機房日益增加的散熱、濕度控制、過濾及其他方面的要求

文章來源：精密空調 http://m.bjhzd.com/