機房應使用 CRAC 還是一般冷氣?
CRAC 是 Computer Room Air Conditioner 的縮寫,即機房專用的精密空調,與辦公室使用的一般冷氣(舒適型空調)雖然外觀相似,但在溫濕度控制精度、全年運行能力與氣流組織設計上屬於兩種不同的產品類別。本文說明兩者的差異,以及中小型伺服器機房應如何取捨。
CRAC 與一般冷氣的根本差異
CRAC(精密空調)與一般辦公室冷氣的分別,不在於品牌或價格,而在於設計目標。一般冷氣的設計目標是「人的舒適」:把室溫維持在約 22 至 26 攝氏度、濕度維持在約 40% 至 60% 的狹窄範圍內即可,壓縮機與風扇可以根據使用習慣間歇運行。CRAC 的設計目標是「設備的穩定」:一年 365 日、每日 24 小時持續運行,把回風溫度與濕度鎖定在伺服器進風溫度建議的範圍,例如 18 至 27 攝氏度、相對濕度 40% 至 60%,並在期間維持精確的溫濕度控制。
溫濕度控制精度
一般冷氣的溫控精度約為正負 1 至 2 攝氏度,濕度控制依賴冷凝水自然除濕,無法主動加濕;CRAC 配備獨立的溫濕度感測與加濕器,可把溫濕度控制在正負 0.5 至 1 攝氏度及正負 5% 相對濕度的範圍,部分型號更支援露點控制。
運行設計與耐用度
一般冷氣以每天運行約 8 至 12 小時為設計前提,壓縮機頻繁啟停;CRAC 的壓縮機、風扇與控制元件均按全年不間斷運行設計,並配置風扇冗餘與壓縮機自動備份,冷媒迴路與蒸發器亦針對長時間高負載優化。
氣流組織與送風方式
一般冷氣把冷氣往人員活動區域吹;CRAC 的下送風或上送風設計配合高架地板或風管,把冷氣直接送至機櫃正面進風口,再經機櫃背面回風,形成明確的冷通道與熱通道,避免熱點積聚。
因此,以「辦公室冷氣會不會凍」作為選型標準會得出錯誤結論。一般冷氣在夏季可以令房間溫度下降,卻無法在長時間高負載下維持穩定的進風溫度,亦無法處理濕度過高或過低引起的靜電與結露問題。
兩者的運轉特性比較
以具體的運轉特性比較,兩者的差異會更清楚。以下對照僅屬技術類別的普遍分別,實際數值因型號而異,選型時應以原廠規格為準。
| 項目 | 一般冷氣(舒適型) | CRAC 精密空調 |
| 溫控精度 | 約正負 1 至 2 攝氏度 | 約正負 0.5 至 1 攝氏度 |
| 濕度控制 | 冷凝水自然除濕,無加濕能力 | 具獨立除濕與加濕能力 |
| 設計運行時間 | 每日約 8 至 12 小時 | 全年 365 日不間斷 |
| 風扇與壓縮機冗餘 | 一般沒有 | 常見風扇冗餘與壓縮機自動備份 |
| 送風方式 | 朝人員活動區域送風 | 高架地板或風管下送風,配合冷熱通道 |
| 過濾能力 | 一般濾網 | 可配備較高級別過濾以減低機櫃積塵 |
| 價格與耗電 | 較低 | 較高,但部分型號配備變頻與節能功能 |
另一個常被忽略的分別是露點與結露。一般冷氣在濕度高的季節長時間運行時,出風口與風管表面容易結露,水滴可滴落至機櫃頂部或電源插座,造成短路風險。CRAC 把濕度維持在目標範圍,並在盤管與機房之間保持適當溫差,避免在機房內形成凝結水。
對於機房內有多排機櫃、設備密度高的情況,還須計算冷氣機的顯熱比(Sensible Heat Ratio)。機房內的熱負荷絕大部分屬顯熱(設備發熱),潛熱(人員與新鮮空氣引入的水分)所佔比例極低。CRAC 設計上偏重顯熱處理,能更有效率地把設備發熱帶走;一般冷氣則需要處理較多潛熱,相同冷量下能帶走的設備熱量較少。
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一般冷氣在什麼情況下仍可採用
並非所有機房都必須安裝 CRAC。對於香港眾多中小企業而言,伺服器機房往往只是辦公室內一個改裝房間,設備只有兩至三個機櫃,發熱量有限,在這種規模下一般冷氣仍屬可行的過渡方案,但有明確的適用前提。
設備密度與發熱量低
當機房總發熱量在約 5 至 10 千瓦以內、機櫃只有兩至三個、設備以小型伺服器、網路交換器與 NAS 為主時,一套或兩套分體式冷氣通常已可把室溫維持在可接受範圍。以香港夏季的設計條件,一般每平方米機房面積按 250 至 400 瓦的設備發熱量估算冷量需求,實際以現場測量為準。
冷氣機的容量與台數
冷氣容量應有餘裕,並盡量採用兩套較小容量的機組輪流運作,而非一套大容量機組,以便在單一機組故障時仍能維持基本製冷,爭取維修時間。若只有一套機組,應把故障風險納入營運計劃。
須接受溫濕度波動
採用一般冷氣即須接受溫濕度有較大波動、夏季高濕時可能結露、壓縮機啟停對供電的衝擊,以及無加濕能力導致的冬季乾燥靜電風險。這些限制對小型網絡設備影響有限,但對需要長期穩定運行的資料庫伺服器與儲存設備則不容忽視。
判斷的界線在於設備的業務價值與停機代價。若機房內設備只是員工內部系統,數小時停機可以接受,一般冷氣加上備用風扇與良好的氣流管理已足夠;若設備承載門市交易、客戶資料或生產系統,停機直接造成收入損失,則應考慮至少一部 CRAC 或可靠的備用方案。
在香港的高溫高濕氣候下,機房冷氣在夏季幾乎需要全天候運行。一般冷氣以每日運行 8 至 12 小時為設計前提,長時間連續運行會加速壓縮機與風扇磨損,縮短機組壽命。因此即使採用一般冷氣,也應把壓縮機的保養週期縮短,並在設計時為壓縮機預留備用容量。
選擇 CRAC 時應注意的規格
若確定需要 CRAC,選型時應從冷量、氣流、冗餘與安裝條件四方面核對規格。
- 冷量按顯熱計算——CRAC 的標稱冷量須以顯熱冷量為準,而非總冷量,因為機房內處理的主要是設備發熱。把現場伺服器與設備的銘牌功耗加總,再乘以同時使用係數,加上牆壁與窗戶的傳熱負荷,即為顯熱負荷估算。
- 送風量與氣流路徑——確認機組是否支援下送風(配合高架地板)或上送風(配合風管),並計算送風量是否足夠把冷氣送到最遠的機櫃。氣流不足時,即使冷量足夠,機櫃頂部仍會出現熱點。
- 冗餘配置——常見做法為 N+1,即一台運行、一台備用,或兩台各承擔一半負載並互相備份。CRAC 內部亦應留意風扇是否可熱插拔、壓縮機故障時能否自動切換至備用壓縮機。
- 排水與凝結水處理——確認冷凝水排水口位置與現場排水條件,並了解加濕器所需的水源。高架地板下佈滿線纜時,排水管的位置與保溫處理尤其重要,避免凝結水滴落電源線。
- 安裝與空間條件——測量機房門寬、樓層高度與結構承重,確認室外機或風冷冷凝器的安裝位置與散熱空間。香港的舊式商廈天台與外牆空間有限,冷凝器散熱受阻會直接降低製冷效率。
此外,應為機房預留溫度與濕度監測點,並把警報接入公司的監控系統。冷氣故障通常在室溫升高一段時間後才被發現,而設備在 30 攝氏度以上持續運行會加速硬碟與電源老化;及早收到警報,才能避免「機房無事,設備出事」的情況。
香港環境下的選型建議
香港屬亞熱帶氣候,夏季平均氣溫約 28 至 31 攝氏度,相對濕度常在 70% 至 90% 之間,機房冷氣面對的不只是高溫,還有持續高濕。高濕會導致盤管與線纜表面結露、設備金屬部件氧化加速,而舊式工廈與商廈的機房窗戶若未封閉,濕氣會經縫隙滲入,令機房濕度長期偏高。因此,在香港選擇機房冷氣時,濕度控制能力與排水設計的重要性,與冷量本身同等。
不少中小企業的機房位於工廈單位內,該類物業的供電與冷氣配套參差。採用一般冷氣時,建議由持牌電工核對機房的供電容量,因為多台壓縮機同時啟動的瞬間電流可能超過原有線路負載;採用 CRAC 時,則應由承辦商確認樓板承重與室外機位置是否符合屋宇署及物業管理處的要求,並在安裝前與管理處協調冷氣工程審批。
從成本角度,一般冷氣的初始投資明顯較低,但機房冷氣需要全年運行,電費在三年內往往已超過機組本身的價格;CRAC 初購較貴,但其變頻壓縮機與精確的濕度控制,在高負載長運行場景下每千瓦冷量的全年耗電往往低於一般冷氣。對每日運行 12 小時以上的機房,應以整體擁有成本而非單價作決定。
最後,無論選用哪一類機組,都應為機房保留至少一部可用的移動式空調或緊急通風方案,並每年在夏季來臨前完成清洗隔塵網、檢查雪種壓力與冷凝器散熱的例行保養。冷氣是機房最後的防線,這條防線一旦失守,機櫃內所有設備都會受影響。