核心机房节能热管理技术规范V1.doc

中中 国国 移移 动动 通通 信信 企企 业业 标标 准准 核心机房节能热管理技术规范核心机房节能热管理技术规范 T T e e c c h h n n i i c c a a l l S S p p e e c c i i f f i i c c a a t t i i o o n n o o f f E E n n e e r r g g y y s s a a v v i i n n g g t t h h e e r r m m a a l l M M a a n n a a g g e e m m e e n n t t E E n n g g i i n n e e e e r r i i n n g g f f o o r r t t h h e e C C o o r r e e C C o o m m m m u u n n i i c c a a t t i i o o n n s s R R o o o o m m 版版本本号号 1 0 0 中国移动通信集团公司中国移动通信集团公司 发布发布 2 20 00 09 9 2 2 5 5 发发布布2 20 00 09 9 2 2 5 5 实实施施 QB H 001 2009QB H 001 2009 QB H 001 2009QB H 001 2009 I 目录 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语 定义和缩略语 1 3 1节能热管理 1 3 2核心机房 1 3 3工艺设备 1 3 4精确送风 2 3 5防静电地板 2 4 总则 2 5 对相关专业的要求 2 5 1对工艺专业的要求 2 5 2对土建专业的要求 3 5 3对空调专业的要求 3 6 机房规划 4 6 1规划原则 4 6 2机房分类 4 6 3机柜排列 4 6 4走线架要求 5 6 5设备列间距 5 6 6架空地板高度 5 6 7机柜内挡风板 6 7 空调送风方式 6 7 1地板下送风方式 6 7 2风管上送风方式 7 7 3风帽上送风方式 8 7 4送风方式选择 8 8 消防要求 9 9 管理要求 9 附件 A 几种其它的辅助改造方式 9 A 1 气坝节能方式 10 A 2 轴流风机方式 10 A 3 列间送风方式 11 QB H 001 2009QB H 001 2009 II 前言 随着通信设备集成度的日益提高 机房内设备的功率密度越来越高 核心 机房的空调需求量也越来越大 现有机房内局部过热已成为一个比较突出的问 题 同时 日常运行中很多机房的空调系统并未达到满负载状态 但机房内却 存在过热现象 这其中送风方式的不合理是造成机房内部局部过热的重要原因 如何对空调的冷量进行合理的分配 提高空调利用率节省空调耗电 是机房节 能热管理所面临的重要课题 为规范中国移动核心机房设计和规划工作 有效解决现网中存在的问题 适应形势发展的需求 特制定本标准 本标准包括对相关专业的要求 机房规划 送风方式的分类等几方面内容 在实际应用中 除执行本标准外 还应符合国家现行有关规范 标准的要求 本标准由中移技 2009 40号印发 本标准由中国移动通信集团公司计划部提出 集团公司技术部归口 本标准起草单位 中国移动通信集团公司计划部 中国移动通信集团设计 院有限公司 本标准主要起草人 周航 彭军 QB H 001 2009QB H 001 2009 1 1 范围 本规范供中国移动内部使用 适用于新建核心机房的规划和设计 也适用于现有机房 的改造及扩建 2 规范性引用文件 序号规范编号规范名称批准部门 1GF 014 95 通信机房环境条件 暂行规定 中华人民共和国邮电部 2GB 50174 93 电子计算机机房设计规范中华人民共和国建设部 3YD T 5003 2005 电信专用房屋设计规范中华人民共和国信息产业部 4 2005 年版中国移动通信电源空调维护规程中国移动通信有限公司 5GB 50019 2003 采暖通风与空气调节设计规范中华人民共和国建设部 6SJ T 10796 2001 防静电活动地板通用规范中华人民共和国信息产业部 7GB 50370 2005 气体灭火系统设计规范中华人民共和国建设部 8GB 50116 98 火灾自动报警系统设计规范中华人民共和国建设部 3 术语 定义和缩略语 下列名词和术语适用于本规范 3 1节能热管理 将通信机房作为一个整体 对机房内热流进行研究管理和合理规划的方法和手段 通 过将空调制冷与设备散热需求合理分配 在为设备提供所需工作环境的条件下 达到节能 降耗的目的 3 2核心机房 指用于安装各种工艺设备 需要通过大型专用空调设备提供所需适宜工作环境的通信 机房 包括 交换机房 传输机房 数据机房 电力机房以及支撑网机房 以及上述机房 的混合机房 不包括无线基站机房和接入机房等 3 3工艺设备 指现网上采用的交换设备 包括机房内的 BSC 设备 传输设备 电源设备 数据设备 支撑网设备等 QB H 001 2009QB H 001 2009 2 3 4精确送风 通过风管 调节阀门 送风器等对冷通道进行封闭 把冷风直接输送至机柜内部进风 口处 实现机柜送风量的需求自动或手动风量分配的一种送风方式 3 5防静电地板 防静电地板又叫做耗散静电地板 当它接地或连接到任何较低电位点时 使电荷能够 耗散 以电阻在 1 0 x105 10 之间为特征 防静电地板应具有防火 防水的性能 同时还 要具有高强度 以满足抗震和设备的承重要求 4 总则 为了明确各种热管理技术的适用场景 在核心机房的规划和设计阶段做到技术选择合 理 适用的原则 使核心机房节能热管理效果显著 特制定本规范 核心机房的机柜 空调布置等均是核心机房的关键设施 是机房工程建设及节能热管 理的重要组成部分 在制订工艺机柜和空调布置的总体技术方案 设备选型时应遵守近期建设规模和远期 发展规划协调一致的原则 以确保提供与未来数据业务需求相匹配的业务支撑能力 本规范与国家有关规范和标准不一致时 应以国家规范和标准为准 如执行本规定个 别条文有困难时 在规划和设计中应提出充分理由并经主管部门审批 5 对相关专业的要求 5 1对工艺专业的要求 工艺专业应在机房土建设计阶段提供机房工艺对土建的设计要求 并分别提出机房近 期及远期工艺负荷 以便空调专业确定空调数量及空调耗电量 在机房工艺设计阶段 工 艺负荷不应大于土建设计阶段所提远期负荷 机柜排吸风方式 应选择采用正面吸风 背面或顶面排风结构的工艺设备 机柜内部结构 机柜内部尽可能采用竖插板件的结构 机柜内的风扇应具有自动分级 调速的功能 机柜内采用防热风回流等技术 防止机柜内部出现冷热气流混合 机柜开门方式 宽度小于等于 600mm 的机柜 应采用单开门方式 宽度大于 600mm 的机柜 可采用双开门方式 机柜门开孔率 采用正面吸风 背面排风的机柜 其正面门和背面门开孔率应不低于 50 以便获得良好的吸排风效果 机柜的缆线管理 机架需采用集成通道 以便于管理 布设和大量缆线的存储 数据 QB H 001 2009QB H 001 2009 3 线和电源线宜布设在机架上放并应存储在机架背面 以便于维护和管理 同时 缆线管理 应避免电源线和数据线妨碍排出气流 同一性质机房应选择进排风结构相同的机柜 若为综合性机房 应按列布置相同进排 风结构的工艺机柜 特殊进排风方式的设备 应单独按列安装 5 2对土建专业的要求 在土建设计阶段 对采用风冷空调设备的机房 应预留足够的空调室外机安装平台且 平台不宜设置在西侧 室外机平台外立面不宜设置影响散热效果的装饰及构造物 室外机 平台应靠近室内机安装位置 做到两者间距离最小化 在土建设计阶段 根据工艺专业对土建要求 结合机房平面确定空调室内机安装区域 空调数量及耗电量 同时预留空调加湿及冷凝水管 当机房进深超过 15 米时 应核算最远 端的空调送风风压 风量能否满足工艺设备散热需求 如不能满足 可考虑在机房两侧设 置空调室内机安装区域 或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 在机房工艺设计阶段 根据机房内机柜排列布置及工艺设备功耗 结合建筑层高 确 定空调的送风方式 空调选型及布置 核心机房外墙不宜设外窗 机房门 窗的设计应考虑密闭性和隔热性 避免机房内冷 量流失或与机房外环境进行不必要的热量交换 机房承重荷载应满足 电信专用机房设计规范 YD T5003 2005 的要求 机房内的消防设计应依据国家制定的相关消防规范或者地方标准执行 设置气体灭火 系统的核心机房 其围护结构 门窗的耐火极限及允许压强应按相应规范要求设计 核心机房层高的确定应满足工艺设备的净高要求 层高分配见下表 层高分配核心机房 工艺净高3200 3300mm 气体灭火管网高度 200mm 风帽上送风上送风下送风风管或架空地 板净高高度300 500mm350 550mm 结构梁及面层高度约为 700mm 机房层高 4500mm 4500 4800mm4500 4800mm 采用架空地板下送风方式的机房 如果同时设置回风管 则层高应进一步提高 5 3对空调专业的要求 核心机房的总冷负荷应包括围护结构负荷 维持房间正压的新风负荷 照明负荷及工 艺设备负荷 工艺设备负荷按照电能全部转化为热能计算 电力设备按照效率损失转化为 QB H 001 2009QB H 001 2009 4 热能计算 围护结构冷负荷须逐时逐项计算 不得按照单位面积负荷指标取值 根据核心机房的总冷负荷 并结合机房实际情况 确定机房空调的数量 送风方式及 适宜采用的冷却方式 机房空调应采用大风量 小焓差 高显热比的机房专用空调 机房 空调的送风量宜满足机房换气次数 30 次 h 为维持不小于 5Pa 的正压 核心机房需补充 新风 新风设备设置过滤网和电动调节阀 6 机房规划 6 1规划原则 机房规划以 先冷设备 后冷环境 为指导原则 贯彻 冷热通道独立设置 的要求 机房内划分出间隔的冷热通道 6 2机房分类 根据机房的功率密度 将机房分为高密度机房 中密度机房及低密度机房三种 其单 位面积功耗 单机柜功耗等指标见下表 序号机房类型 单位面积 平均功率 单机柜 最大功率 1 高密度机房 1 6kw m2 5kw 柜 2 中密度机房 1 2kw m2 3kw 柜 3 低密度机房 0 8kw m2 2kw 柜 6 3机柜排列 在进行机房平面规划时 机柜布置采用 面对面 背对背 的排列方式 相邻两列设 备的吸风面 正面 安装在冷通道上 排风面 背面 安装在热通道上 实现分隔冷热气流 形成良好的气流组织 提高空调的制冷效率 同时 可以考虑在冷热通道端头设置不到顶 的垂直挡板 将冷热通道进行隔离 但不得对气体灭火喷头产生阻挡 QB H 001 2009QB H 001 2009 5 6 4走线架要求 机房线缆布放时应采用走线架 不得采用走线槽道 列走线架不应安装在热通道上方 应尽量安装在机柜上方 以避免阻碍回风效果 走线架不宜采用吊挂方式 可采用地面支撑或者设备支撑方式 以提高承重的安全性 避免破坏上层楼板结构 走线架与机房宜做绝缘处理 6 5设备列间距 工艺设备列间距要考虑工艺设备维护空间 还应根据机柜装机功率密度的大小 合理 选择列间距 采用上送风方式时 根据风速和机柜装机功率计算列间距 建议最小间距不小于 800mm 采用下送风方式时 冷通道布置地板送风口在满足设备维护空间的前提下 还要满足 两列机柜的风量需求 理论计算如下 地板的尺寸为 600 600mm 面积为 0 36m2 地板 送风口的有效通风面积按 0 18m2取 风口风速 2m s 地板送风口风量为 1296m3 h 机柜 的进出风温差在 11 左右 根据公式 单机柜 1kW 发热量所需风量为 tGCQ 270m3 h 若按冷风量的利用效率为 85 计算 则 1kW 发热量所需风量为 317 7m3 h 每块 600 x600mm 的架空地板送风口理论上可满足 4kW 的单机柜发热量 结合计算 工艺单机 架平均发热量约为 2kW 时 机架间距为 900 1000mm 工艺单机架平均发热量约为 3kW 时 机架间距为 1000 1200mm 工艺单机架平均发热量约为 5kW 时 机架间距为 1500 1800mm 6 6架空地板高度 下送风方式的架空地板高度 含地板本身 为 350 550mm 具体见第 5 2 条中层高分配 表 机房内采用下送风方式的目的是为了把架空地板下部区域作为一个静压箱 静压箱的 作用是稳压 降噪 把部分动压变为静压使风量均匀分配 它的设计依据是 以总风量计 通过三个截面中的任意一个的风速不得大于 2m s 参照 防静电活动地板通用规范 SJ T 10796 2001 内的相关规定 地板下空间 兼作风库的活动地板净高高度不小于 350mm 但对于机房而言 350mm 高的架空地板 并不能成为真正意义的静压箱 因此 为了满足将来长期可扩展性的需求 应结合机房的 层高情况对架空地板高度按最大值设计 如果有条件 应尽量提高地板高度 举例 如下图所示机房 机房面积 378 平米 布置 11 列共 159 个机柜 单机柜尺寸为 600mm 宽 1000mm 深 机柜间距至少为 1000mm 设备工作电压 220V 运行电流 10A 单机柜发热量为 1 7kW 机房总发热量为 270kW 每 kW 所需风量为 270m3 h 机房 QB H 001 2009QB H 001 2009 6 所需风量为 72900 m3 h 机房内布置 6 台 M58 型下送风方式的机房专用空调 其中一台备 用 每台全热量为 60 1kW 显热量为 58 3kW 风量 14580m3 h 地板净高高度取 350mm 时 X 轴 Y 轴和 Z 轴各截面风速分别为 2 3m s 3 9m s 0 05m s 依据静压箱计算理论 截面风速偏高 若选取架空地板高度净高为 550mm 则 X 轴 Y 轴和 Z 轴各截面风速分 别为 1 46m s 2 45m s 0 05m s 截面风速较为合适 因此 建议核心机房架空地板高度 有条件时 结合层高取最大值 6 7机柜内挡风板 当机柜内未装满设备时 未安装设备的位置应统一安装挡风盲板 假面板 防止冷空气 直接由该位置进入热通道 造成冷气流短路 降低制冷效率 7 空调送风方式 空调送风方式分为上送风和下送风两大类 机房上送风方式可分为风管精确送风和非 精确送风两种基本类型 非精确送风包括风帽上送风和风管上送风 7 1地板下送风方式 下送风方式是在机房布置架空地板 经过空调机组处理过的低温空气 从空调机底部 送至机房的架空地板内 利用架空地板形成的静压箱 输送到冷通道上布置的地板送风口 通过架空地板上的送风口进入机房和工艺机柜内 带走工艺设备散热 高温空气再从机房 上部空间回到空调机组进行冷却处理 气流模拟情况如下图 QB H 001 2009QB H 001 2009 7 下送风方式的地板送风口设置在冷通道上 空调的回风口应尽量和热通道对齐 以便 热空气回流 由于冷热空气通道有效隔离 且基本符合 先冷设备 后冷环境 的原则 所以下送风方式冷却效率较高 能有效解决机房局部过热问题 下送风方式送风均匀 当任一台空调室内机出现故障后 地板各送风口不应出现明显 的送风不均匀情况 采用地板下送风方式时 一律采用上走线形式 地板下不应布放任何通信或电源线等 相关线缆 消防用线缆除外 在满足工艺净高要求的前提下 应根据建筑层高适当加大架 空地板设置高度 但最小净高高度不得低于 350mm 机房布置架空地板采用不燃材料制成 应具有良好的防静电 防老化及防龟裂性能 架空地板的支架结构设计应满足抗震和设备的承重要求 工艺机架按照 冷热通道独立设置 且采用架空地板下送风时 具体设备间距应通过 计算确定 采用下送风方式 为避免楼板结露 应在保证核心机房温湿度的前提下 保证送风温 度不能太低 送风温度应根据焓湿图以保证不结露为目的进行设定 楼板保温可在楼板底 面粘贴带隔气铝箔玻璃棉毡 对于密度为 24kg m3的铝箔玻璃棉毡 其厚度约为 25mm 左 右即可满足要求 7 2风管上送风方式 风管上送风方式是目前普遍采用的送风方式 可分为精确送风方式和非精确送风方式 风管上送风方式应设置连通风管 保证任一台空调出现故障后 机房内部不出现明显 的送风不均匀情况 7 2 1 非精确风管上送风 非精确风管上送风方式属于有组织送风 有限的解决了风帽上送风方式的送风距离过 短及送风不均匀的问题 机房空调所需的加湿水管 冷凝水排水管布置明了 一旦有漏水 QB H 001 2009QB H 001 2009 8 现象能及时发现 排除 房间内没有活动地板 不易积尘 便于日常的维护管理 非精确风管上送风要形成冷空气从房间上部送出 热空气从房间下部回风的气流路径 违背了热空气上升 冷空气下降的空气梯度分布规律 不符合 先冷设备 后冷环境 的 原则 另外 风管 风口 气体灭火管道 照明灯具等与工艺走线架共用机房上部空间 不易协调各专业布置 且空调送 回风易被阻挡 7 2 2 精确风管上送风 精确送风是风管上送风方式的一种延伸 通过风管 调节阀门 送风器等把冷风直接 输送至机柜内部进风口处 按照机柜内装机容量的大小合理分配送风量和制冷量 实现自 动或手动分配机柜的送风量 提高了机房专用空调的运行效率 符合 先冷设备 后冷环 境 的原则 如下图所示 精确风管上送风方式的缺点是控制较复杂 并且机房内部送风支管过多 只能随着设 备的增加逐步安装 不便于机房整理规划 施工安装和维修 从成本方面来看 精确上送风方式的成本高于地板下送风和其它送风方式 7 3风帽上送风方式 风帽上送风方式无风管及架空地板 对机房层高的要求不高 但送风距离一般不超过 10 米 风帽上送风方式的冷热通道不封闭 不符合 先冷设备 后冷环境 的原则 属于 无组织送风 气流组织不合理 7 4送风方式选择 核心机房的送风方式应通过对机房装机率 机架功耗 维护难易程度 初投资等几方 面比较后选择合适的送风方式 风帽上送风方式不宜应用在新建机房 但可应用于解决局部过热点且改造量对机房使 QB H 001 2009QB H 001 2009 9 用影响较小的现有机房 为遵循 先冷设备 后冷环境 的原则 风管上送风在今后的应 用中应逐步以精确风管上送风方式为主 由于新建机房内的工艺设备的装机不确定性 分 近 远期安装 单机架实际装机功耗无法准确提出 而精确风管上送风方式的计算依据主 要是单机架装机功耗 若按照单机架最大装机功耗设置空调及上送风风管 随着机房装机 的不断扩展 需要从主风管不断引出支风管并在支风管上设置自动调节风阀以实现对机架 送风量的精确控制 与地板下送风方式相比 精确风管上送风施工安装复杂 扩展性较差 各专业协调配合的地方多 因此 精确风管上送风方式适用于机房装机功耗不变的机房或 者是对现有上送风机房的改造 而地板下送风方式扩展方便 适宜用于新建机房 对于机架装机功率大的高密度机房 在采用下送风方式外 还可采用冷通道封闭 架 空地板加地板送风单元 在机房上部设置回风管道或者采用冷冻水模式的空调系统等辅助 措施解决机架高发热量的问题 8 消防要求 在进行机房规划时 应该遵守按照国家关于消防安全的规定 不得设置对消防喷头有 任何阻挡的设施 依据 气体灭火系统设计规范 GB 50370 2005 中的规定 气体灭火 系统喷头的最小保护高度不应小于 0 3m 当架空地板净空高度 300mm 时 地板下宜宜布 置气体灭火喷头 机房和地板下需同时保护 按照一个防护分区考虑气体灭火系统 在采用架空地板下送风方式时 地板下应设置火灾自动报警系统 在重要的机房内 如 BOSS 机房 IDC 机房等采用下送风方式时 可设置主动式抽取早期预警火灾探测系统 9 管理要求 新建核心机房全部按照本规范进行建设 如果根据机房实际情况不能执行本规范 需 上报集团计划部 对于现有机房 各省根据本技术规范上报改造方案及进度 经批准后分批实施改造 加强核心机房管理 实时监控 减少开启空调时间 根据工艺设备的要求合理调高机 房空调回风温度 设立专职人员负责机房节能热管理 对机房的总体规划负责审核 10 编制历史 版本号更新时间主要内容或重大修改 1 0 02008 11 30 1 0 0版本 编号 QB H 001 2009 QB H 001 2009QB H 001 2009 10 附件 A 几种其它的辅助改造方式 现有机房一般都采用上送风风管和同一朝向的机柜布置方式 机柜前后排 级联加热 现象严重 已经成为导致设备进风口温度过高的重要因素 然而 现有机房均为在网运行 为避免机房改造对现网运行的影响过大 部分省公司也提出了一些其他的解决方案 主要 有以下几种 仅供参考 A 1 气坝节能方式 机房采用下送风上走线方式 通过气坝控制空调输出的冷风 使其较集中作用得到有 源通信设备上 达到降低通信设备的温度 减少冷量的损耗 进而达到节能和减少空调投 资的目的 气坝的制作方式 采用阻燃 坚韧的布料 制作成直径比地板高度大 10 公分左右的圆 柱体 长度略大于机房的宽度 将其固定到机房空调侧面出风口 通过空调的吹风将其吹 起而形成气坝 通过几个气坝将地板下的空调冷风划分成几个区域 使冷风控制在有源区 在通过有源设备底座上的通风口将冷风直接送入设备内到达降温的效果 详见下图 黄色 表示气坝 蓝色表示冷风 通过以上办法有效的控制冷风的去向和范围 很好减少的冷量的损耗 进而达到节能 得目的 换个角度提高了冷量的利用率 进而也减少了新增空调的投资 并且具有良