節能減排技術研究與案例分析

摘 要：當前，聯通業務迅速擴展，基于電信運營商增值系統建立的要求，需要不斷強化機房建設，提高對機房建設的要求，因此，怎樣切實提高機房的制冷功能，提高節能減排的效果顯的日益重要，本文從安徽聯通創新業務機房面臨的實際問題出發，結合實際案例，詳細闡述了全封閉冷氣通道送風節能技術在降低機房冷耗，整體規劃機房室內氣流方面的具體方案。

關鍵詞：節能減排；冷通道封閉；精確送風；精確制冷

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0071-04

Research and Case Analysis of Energy Saving and Emission Reduction Technology

——Taking the four building machine room of Binhu Unicom Anhui Unicom as an example

WU Jun

（China United Network Communications Company Limited Anhui Branch Office，Hefei 230022，China）

Abstract：At present，China Unicom business expansion，the establishment of telecom value-added system based on the requirements，need to continuously strengthen the construction of computer room，computer room construction requirements，therefore，how to improve the function of refrigeration room effectively，improve the energy saving effect is more and more important，this article from the practical problems of Anhui Unicom business innovation room of combined with the actual case，elaborated fully enclosed air cooling channel of energy saving technology in reducing the consumption of cold room，indoor air concrete scheme of overall planning of the room.

Keywords：energy saving and emission reduction；cold channel closure；accurate air supply；accurate refrigeration

1 研究背景和研究的必要性

當前，聯通新業務正在不斷拓展和發展中，各項建設正如火如荼的開展起來，其中，以電信運營商的增值系統建設最為火熱。基于電信運營商平臺建設的一些特征，在系統建設中，要求許多小型機和PC服務器，以及磁盤陣列等設備，而且需要有較強的耐熱性。建立增值系統必然要求擴大建設，增加機器設備，如此，之前單純的空調制冷也會產生局部過熱現象，不再適合系統的擴容和發展。此外，中國聯通總部也提出節能減排的要求，要求在機房建設的過程中，盡可能采取綠色節能環保的新設計，既能避免浪費資源，又能提高制冷效果，從而使系統處于高效穩定的環境中。

本文分析了傳統創新業務機房的環境，提出了局部過熱的一些問題，對節能減排進行了分析，并通過新建機房中新技術的應用來探索，從而解決此問題。實施此方案，可以使冷熱通道充分隔離，促使氣流組織的合理化；根據機柜的需求，調整送風量和制冷量，合理分配，從而達到提高冷量使用效率，降低空調能耗，實現節能減排的目的。

2 傳統創新業務機房環境分析

前期安徽聯通創新業務設備主要放置在馬鞍山路聯通四樓，下面將以四樓為例，分析了傳統創新業務中，機房的環境建設。

2.1 傳統空調分析

在傳統的機房建設中，空調送風的主要目的是降低機房的溫度，其次是使機柜降溫。因此，保持機房設備的散熱度，必須要有合適的環境溫度，從空調運行來看，其大部分能量是應用在了使環境溫度降低上，并不是用在降低設備溫度上。另外，傳統的機房無論是在結構上，還是在布局上，都有一定的局限性，這就造成了內部混亂的氣流組織，冷熱氣流比較復雜。此外，在空調系統冷風的分配中，基本是均勻的分布在各個區域內的，沒有實現精確分配，有些局部設備需要較多的冷量，而分配不夠，就使機房的局部過熱，這就造成了局部熱島。當前，通信網絡所應用的設備功率不斷提高，尤其是在創新業務中，機房里應用著很多的IT設備，他們的功率更是傳統通信機房的幾十倍之多。在這種情況下，如果只是依靠傳統的空調，便不能滿足設備運行的需要。

2.2 運營成本分析

在對機房年度的運營成本總結和分析，發現在預算資源份額中，供電和散熱所占的開支是很大的，最近幾年來，馬鞍山路創新業務機房用于購置服務器的金額每年以5.6%的增長率增加，每年用于購置設備的費用以每年7.8%的速度增長，但是，用于供電和管理的費用每年以10%的速度增長，因此，在機房建設中，用于供電和散熱的開支基本成為增長最快的成本支出。

2.3 安全隱患分析

當前，在機房建設中，創新業務的設備越來越多，處理器和主頻效率的不斷提高，也使的發熱量越來越多；此外，服務器的設備多，電纜也不斷增加，這都在無形中提高了散熱的難度，在設備內部，便會集中的出現高溫熱點，這都妨礙了設備的正常運行，甚至可能造成火災和其他安全事故。

3 濱湖四樓機房節能減排的途徑和策略

在機房節能減排中，主要為在機房建設中的電力節能和減排，其重點為冷熱通道封閉、精確送風、精確制冷等，從而調整電能，實現節能減排。分析在機房環境中節能減排的各項技術可知，當前主要有以下幾個方面的技術：

3.1 冷通道封閉技術

一般情況下，現有傳統電信機柜發熱量在2KW以下，而通過冷通道智能封閉系統的應用，可以直接將冷氣送到設備的進風口，將有效改善數據中心氣流組織，提高冷量利用率，再配以相關輔助技術手段，最高能實現每機柜6KW左右負載散熱需求，從而達到可支持高端小型機和刀片系統的功能。采取冷通道封閉技術時，需要：

在新增機柜時，拆除原機柜前門，或者更換為網孔門。

更換風口地板布局（增加冷通道封口板的通風量及數量，取消熱通道的風口地板）。

在原有柱子以及一些無機柜的空間，設置安裝支架配件。

單純的設置冷熱通道，并不能夠防止機柜上的熱風完全能夠回到冷通道中，也無法保證空調的冷風送風系統不會發生短路，為此，解決這個問題，可以用透明玻璃把冷通道的上邊和兩側都封閉住，然后在兩側安裝門，方便出入。封閉冷通道以后，便防止了在機柜頂端的熱風再次流入設備進風口，從而保證了多數冷量都聚集在設備進風口處，形成冷池。用計算機對氣流進行模擬，在冷通道封閉之后，實現了冷熱空氣的隔絕，從而保證了設備機柜每個層面上的進風溫度都處于合適的范圍內（15～25℃）。

3.2 精確送風技術

實現精確送風，可以使用精密空調，控制送風的溫度和風壓，給每個機柜都安裝上控制單元，利用溫度探測系統，實現對通風地板的控制，不斷調節每個機柜的送風量，從而從根本上防止機房過熱，低空調耗能。在這個精確送風系統紅，主要分為兩個部分，即智能通風地板和機柜級控制單元（溫度探測、邏輯控制系統）。

3.2.1 智能通風地板

當前，幾乎所有的設備都是利用前進冷風、后排熱風的來實現散熱的，機柜的設計主要是利用前后全通風的網孔門，智能通風地板系統位于機柜的前端網孔處，利用自動控制器實現自主控制地板開度，從而調節整體的送風量，從而達到每個機柜的散熱要求。不同的機房設備機柜發熱情況不同，可以選取或是定制規格不同的智能通風地板。

3.2.2 機柜控制單元

根據不同的機柜級別，將機柜控制單元安裝在服務器機柜上，利用溫度傳感器，來實現對機柜排風溫度的實時檢測。利用前端控制器，來實時控制智能通風地板，依據每個機柜不同的排風溫度，實現對各個通風地板送風實時調節，從而實現對不同機柜不同的散熱，最高可以實現單個機柜為6KW的局部散熱，防止溫度過高。

3.3 動環監控系統

單純依靠以上兩種技術手段，沒有溫室度的監控等基礎設備的機房動環監控系統，無法了解熱點位置也無法進行針對性解決，風險無法得到有效的防范。

通過采取動環設備的監控，不但能夠及時地讀取設備運行參數，發現故障和異常，并及時報警，而且還能及時分析歷史數據，不斷調整動環的設置參數和環境參數，從而提高制冷效果，使其更加適應機房基礎設施的要求。

在系統架構中，利用集散方式，針對不同機柜級別，采取不同機柜控制器，并實時監測送風狀態和溫度。通過該軟件，可以及時掌握單位機柜溫度的變化情況，根據自動控制的原理，調整和控制出風量，從而實現實時監測機房環境，掌握機房的各項參數，掌握空調的運行狀態。細化到相關子系統，各子系統功能如下：

3.3.1 市電進線監測

監測內容：總電度、三相電壓、頻率、各種功率參數、通斷電次數及時間。

實現方式：在進線配電柜上增加三相電量監測儀，實時監測各參數。

3.3.2 UPS監測

監測內容：輸入/出用電量、UPS設備用電量、三相電壓、三相電流、頻率、各種功率參數、電池參數、工作狀態、故障狀態。

實現方式：通過UPS的RS232/485接口及通訊協議實現監控，實時監測各種狀態和參數。

3.3.3 精密配電柜監測

監測內容：每個機柜的電度、電壓、電流、頻率、各種功率參數等。

實現方式：通過精密配電柜或自身的通訊接口和協議實現，或增加支路電量監測設備。

3.3.4 機柜電源PDU監測

監測內容：每個機柜的電度、電壓、電流、頻率、各種功率參數等。

3.3.5 輔助設備用電監測

監測內容：非IT設備，例如空調、風機、照明等設備配電柜的電度、三相電壓、電流、頻率、各種功率參數等。

實現方式：在空調、風機、照明等配電柜或線路上安裝電量監測儀，實時監測各參數。

3.3.6 PUE能效參數設置監測

PUE又稱為數據中心效率，是反映機房能耗情況的關鍵性指標，PUE=設備總電源/IT設備電源，數據中心總設備能耗值可以從對市電進電電量的監控中得到，IT設備能耗值可以通過從每列機柜交流分配柜的電量儀中讀取。

機房內部PUE1.6和PUE3.0比較起來（如圖1所示），意味著可以降低大約35%的電費，機房內部支持的IT設備大約為PUE3.0值時的兩倍，從而達到支持與適應業務增長與發展的目標（如圖2所示）。

3.3.7 數據查詢統計

根據選取的設備，利用表格，列出此設備在規定時間內的各項參數，利用其中的一項參數，作出歷史曲線圖。根據統計的歷史數據，作出分析，實現對配置參數的動態調整。此外，系統還支持以三維視圖的形式對機房的溫濕度等進行直觀的顯示。

4 應用案例

4.1 綜述

中國聯通安徽分公司濱湖四樓機房節能減排機房是為了貫徹集團公司的節能減排精神，設置的重點項目之一。本項目的建設內容是：在不影響機房原有設計實施的情況下，使用可靠軟硬件安裝部署實現運營PUE值下降，實現對更高密度濱湖四樓部門IT設備散熱支持，支持新一代機房可靠性監控和管理需求，同時達到節能減排降低能耗的標準。

4.2 利用架空地板，選擇下送風冷卻方式

在本次濱湖四樓機房建設的過程中，對于機房中的設備擺放，實現了架空地板的方式。對于防靜電地板，架空的高度是0.4m。這樣在機房地板下，便產生了一個靜壓箱，在地板下，還有2cm厚的保溫層，來強化制冷效果。空調機產生的低溫空氣，由空調機的底部送出，到達到架空的地板中，并且通過靜壓箱，傳送到冷通道上的送風口，經過送風口之后，流入到機房和工藝機柜中，從而將設備散出的熱量帶走，高溫空氣經過機房上層，再回到空調機組內，通過冷卻處理。采取下送風方式時，在冷通道上設置地板送風口，空調的回風口正對著熱通道，這樣便形成了空氣回流。這種隔離了冷熱空氣通道的方式，符合了“先冷設備、后冷環境”的原理，因此，采用下送風的冷卻效率很高，可以防止機房局部過熱，最大限度的節省了電能，從而促進了節能減排。

4.3 精確制冷技術的智能化

在建設此次安徽聯通濱湖四樓機房中，實現了精確制冷技術的智能化，利用該技術，可以實現按需制冷。在機房發生局部過熱時，不用人為地對通風地板進行調整，智能系統按照需求，實現對通風量的動態調整。該智能冷卻系統，可以依據不同機柜的不同排風溫度，自動實現對各個風口送風量的智能調節，從而符號各機器的散熱需求，防止了局部溫度過高的現象發生。

4.4 精確送風技術

在安徽聯通濱湖四樓機房本次建設中，在每一個機柜上，都安裝有控制單元，利用溫度探測系統，實現對通風地板的智能控制，可以實現對單個機柜送風量的調節，從而防止機房過熱，降低能耗。根據機柜不同的級別，在上邊安裝控制單元，然后，用多點溫度傳感器，實現對機柜后邊排風溫度的實時檢測。利用前端控制器，實時控制智能通風地板，按照不同機柜的不同排風溫度，實現對每個通風地板的自動調節，從而使散熱符合需求，最高可以滿足6KW設備的散熱要求，防止局部高溫。

4.5 全視角的機房基礎設施監控系統

在本次安徽聯通濱湖四樓機房的建設過程中，利用了多種先進的軟件技術，如多進程和多線程等，他們可以快速的對每個端口連接的設備進行掃描，并且及時獲取到運行參數，也能發現異常參數，并且及時報警。在系統架構中，利用集散設計，設置不同級別的機柜控制器，從而實時監控送風狀態和溫度。能夠保證合理規劃機柜溫度和制冷量，及時檢測出機柜的環境情況，防止產生多余的供電和制冷量。例如，通過該軟件，用戶能夠隨時掌握機柜的溫度變化情況，按照自動控制原理，自主調整機柜前的出風量。實現實時檢測機房環境，實時掌握各項參數，明確空調的運行狀態。

4.6 相關消防問題的解決措施

在濱湖四樓機房完成對冷熱通道的封閉后，消防問題顯的尤為重要。在冷通道系統封閉設計時，預先考慮了這一問題，在有火災隱患，溫度上升到一定程度時，系統會將原本封閉的冷通道頂端打開，從而使消防氣體能夠涌入通道，從而使機房處于消防安全狀態中。且所有冷通道窗口材料為透明阻燃有機玻璃，安裝后基本不會影響通道內的光線需求，而有機玻璃本身即使是遇上火警也不會燃燒而產生火焰或煙霧。

5 效果與啟示

該節能減排技術在中國聯通安徽分公司濱湖四樓機房運行了一段時間以后，在解決局部過熱，提高制冷效率、降低空調負荷方面取得了一定的成果，以目前放置的34臺機柜，每機柜2KW的負載來進行考慮，PUE值已從原來的2.4降至了1.8從節電角度看，每年的電費會節省36萬元，機房整體約可以節電25%。

在電信運營商的日常運營中，濱湖四樓及類似IT機房是耗能大戶。安徽聯通濱湖四樓節能減排機房的建設是響應國家和集團公司節能減排號召的具體舉措，同時也對今后類似綠色節能減排機房的建設具有一定的示范效應。

參考文獻：

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作者簡介：吳駿（1978.02-），男，漢族，安徽安慶人，碩士研究生，高級工程師。研究方向：云（云計算）、IDC機房建設運營、大數據應用等。