數(shù)據(jù)中心空調(diào)設計問題解析

【摘要】 數(shù)據(jù)中心空調(diào)設計一直以來是人們關(guān)注的一個熱點話題。本文主要討論了數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，空調(diào)設計和建造的問題和方案。主要針對空調(diào)建造和應用系統(tǒng)的能耗問題展開研究，并基于空調(diào)設備選擇、環(huán)境部署優(yōu)化等方面提出了解決措施，為實際數(shù)據(jù)中心的空調(diào)設計和改造提供行之有效的節(jié)能方案。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心 空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能

隨著公司企業(yè)對數(shù)據(jù)處理業(yè)務的需求與日俱增，企業(yè)應用級數(shù)據(jù)中心應用廣泛。由于高顯熱負荷密度、顯熱比以及高能耗的特點，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)對散熱有較高的要求。因此優(yōu)化數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)具有重要意義。本文的初衷在于確保空調(diào)系統(tǒng)能穩(wěn)定運作的同時，降低設備的能源消耗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心環(huán)境下空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)化能源方案。

一、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中心的環(huán)境設計要考慮諸多因素。IT設備大多運行在高能耗的條件下，此外室溫、濕度以及和空氣流通等環(huán)境因素都對設備的穩(wěn)定運行和使用周期有著較大的影響。

數(shù)據(jù)中心機房設備的空調(diào)系統(tǒng)設計要優(yōu)先考慮下列特征：設備的穩(wěn)定可靠性。水冷或者風冷設備能長期穩(wěn)定運行，提供機房設備適宜的溫濕度環(huán)境；功能靈活性。空調(diào)系統(tǒng)在建造時，應考慮整個機房空間的合理布局；節(jié)能環(huán)保性。空調(diào)系統(tǒng)能運行在較低的能耗狀態(tài)，實現(xiàn)高效低能耗的節(jié)能環(huán)境調(diào)控方式。

由于數(shù)據(jù)中心機房典型的發(fā)熱功率大而散熱去濕能力弱的工作特征，并且處理大量數(shù)據(jù)量的機房設備對周圍環(huán)境的變化十分敏感。因此，有必要提出合理的節(jié)能優(yōu)化改造方案，安全穩(wěn)定的前提下最大限度降低能耗，制定恒溫調(diào)節(jié)設備以及制冷通風散熱系統(tǒng)的最佳節(jié)能方案。

二、現(xiàn)階段的空調(diào)系統(tǒng)設計主要面臨下述問題

2.1不合理的機房設備配置

不合理的機房設備配置，是現(xiàn)階段的空調(diào)系統(tǒng)設計的一個主要問題。數(shù)據(jù)中心部分機房內(nèi)部安裝和設計空調(diào)時，對整體的布局規(guī)劃欠缺統(tǒng)一的考慮，缺乏對硬件設備工作溫濕度的認知，嚴重浪費大量的能源。這些空間布局的不合理，將直接或間接的導致室內(nèi)熱量的損失，降低空調(diào)的實際使用性能。由于數(shù)據(jù)中心的機房配置方面不合理，使得部分空調(diào)設備的恒溫和去濕功能相互間難以協(xié)調(diào)配合，譬如在空調(diào)系統(tǒng)冷風散熱時，常常因為空氣中水分子冷凝帶來了除濕的問題，這就進一步影響了機房環(huán)境濕度，導致空調(diào)系統(tǒng)既要通過送冷風實現(xiàn)降溫去濕，還有同時保持環(huán)境溫度而加濕，矛盾的工作狀態(tài)加重了整個系統(tǒng)的能源開銷。

2.2數(shù)據(jù)中心機房氣流組織

數(shù)據(jù)中心機房氣流組織，目前的相關(guān)設計還不夠科學、合理。數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)的搭建要考慮到IT設備對散熱性能的要求，合理布局室內(nèi)空間，方便氣體流通散發(fā)熱量。在一些機房的氣流組織上，存在下述問題：由于機房天花板高度設計不當，在機柜設備的上方存在熱空氣短路現(xiàn)象；此外，由于在數(shù)據(jù)中心地板下部署的水冷裝置不利于空氣流通，造成熱量阻塞，部分機房由于空間高度有限，不能建造高位置的排風通道，空調(diào)設備排風散熱效率遠遠低于預期效果。這些空調(diào)設計的問題，如果不能得到科學、有效的解決，將會對空調(diào)系統(tǒng)的整體性能造成嚴重的影響。

2.3機柜設備布局

數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)設計中，對于機柜設備布局方面的設計還存在一些問題，不夠科學、合理。由于部分機柜的面板是左右流通式，會形成熱通道到冷通道的連接，造成不利影響；機架之間距離緊湊并且采用了前后順序排列的位置布局，那么就會使得設備之間相互吸收排放的熱量，形成冷熱空氣短路，降低散熱排風能效；此外由于數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)設備、纜線多，造成整個機房內(nèi)部空氣不流通。

另一方面，搭建數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)與其他環(huán)境相同，都需要考慮容量大小的問題。保證并維持機房內(nèi)部的溫濕度在一個較小的范圍內(nèi)具有不小的難度。而如果環(huán)境的空調(diào)容量控制得不得當，也同樣會給冷卻散熱加重負擔。過高或者過低的容量都將造成溫濕度變化波動范圍過大，影響設備的正常運轉(zhuǎn)。

三、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案

針對上一章節(jié)中提出的當前數(shù)據(jù)中心環(huán)境中空調(diào)系統(tǒng)設計需要考慮的問題，本節(jié)將在遵循能夠保證正常的溫濕度環(huán)境指標的前提下，兼顧設備運行的安全性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)最大化地能耗降低。

3.1優(yōu)化空調(diào)水冷和風冷模式

優(yōu)化空調(diào)水冷和風冷模式，是數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計的一個重要舉措。在設計改造方案時，可以合理提高機房內(nèi)部相對溫濕度標準，進而通過高的水冷溫度實現(xiàn)制冷效能的提升。可以針對不同的環(huán)境條件選擇合適的供冷模型。對于小型機房可以使用風冷分離的直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)。對于室外溫度變化的場景，可以部署集中水冷系統(tǒng)，在低室外溫度下，可以實現(xiàn)機房內(nèi)高溫度氣流無償制冷的效果。在高室外溫度下，可以通過設備倒換，切用制冷系統(tǒng)。此外，還可以分離溫度和濕度調(diào)控，進一步實現(xiàn)不增加除濕難度的冷卻能效。目前相關(guān)的技術(shù)主要有機械制冷和蒸發(fā)冷卻的方法。前者涉及低壓縮比的制冷設備，后者的部署收環(huán)境因素限制，常常應用在氣候干燥的環(huán)境條件中。

3.2優(yōu)化機房氣流組織

優(yōu)化機房氣流組織，也是數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計的一個重要方面。需要結(jié)合數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境的搭建，慎重考慮空調(diào)冷卻系統(tǒng)的排風方式。有效的排風方式能加速數(shù)據(jù)中心環(huán)境內(nèi)氣體流通、加速散熱過程，同時能避免局部過熱的現(xiàn)象，平均數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度。

設計上可以選擇上送風和下送風兩種方式。前者冷風將機房機柜上方的熱量攜帶走，送至室內(nèi)下部，實現(xiàn)散熱制冷的效果；后者的主要方法是合理抬升地板高度至一理想位置，在地板下構(gòu)造架空區(qū)域，空調(diào)冷風通過架空層送往機房內(nèi)部，并最終通過機房頂部空間散發(fā)熱量，實現(xiàn)循環(huán)制冷的效果。回送冷風的方式可以結(jié)合數(shù)據(jù)中心實際施工情況選擇開放式或者管道式以及相互間融合的方法。

3.3合理的機架設備布局

合理的機架設備布局，對于節(jié)能設計具有重要意義。數(shù)據(jù)中心內(nèi)放置著高密度的機房設備，需要優(yōu)化擺放布局、選擇空調(diào)系統(tǒng)和設備的合理安裝位置。在布局上應該避免傳統(tǒng)的所有機柜朝向同一面放置的情形，可以優(yōu)先考慮鄰近的機柜之間相向擺放或者背向擺放的方法。這樣的布局中，機架之間的冷熱通道能合理分離冷熱氣體，有效地避免了散發(fā)熱量被其他設備再次吸收的情況，大大提高了散熱效果，進而節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)制冷散熱的能耗。此外，還可以在空調(diào)系統(tǒng)的熱通道設計上采用物理上的軟隔絕方法，進而避免了冷通道和行人通道遭到散熱排風的不利影響，保證了散熱系統(tǒng)的工作效率。

總之，本文主要面向數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計的問題，分析了現(xiàn)有機房空調(diào)系統(tǒng)在布局、氣流組織等方面的不合理因素，并結(jié)合實際施工改造，提出了設備節(jié)能、氣流組織優(yōu)化和自然冷源合理利等方法，改造數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設計方案，以期實現(xiàn)高效節(jié)能的制冷散熱效果，進而提升經(jīng)濟效益和社會效益。

姓名：高軼北京長城電子工程技術(shù)有限公司 ；性別：女；出生年月：1977年09月17日；籍貫：河北；學歷：大專；研究方向：數(shù)據(jù)中心基礎建設，數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能，職稱：工程師，工作單位：北京長城電子工程技術(shù)有限公司，收信地址：北京朝陽區(qū)紅軍營南路北衛(wèi)新園小區(qū)8號樓2單元301；郵編：100071；電話：15901369091；

參 考 文 獻

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