數據中心空調氣流組織精細化管理探索

肖鑫

摘 ?要：數據中心空調氣流直接影響到溫度控制效果，良好的氣流組織可以在達到要求的情況下獲得更好的節能效果。在文中，主要就數據中心空調氣流組織精細化管理進行探討，為實現數據中心的節能減排提供借鑒。

關鍵詞：數據中心;空調;氣流組織;精細化管理

由于金融行業對IT技術的高度依賴，金融行業普遍重視數據中心的建設，大力推進“兩地三中心”或“多活數據中心”戰略，數據中心建設規模越來越大，用電報裝容量從幾百KVA發展到幾萬KVA，甚至幾十萬KVA。在支持金融業提升服務效率和管理水平，以及為社會大眾提供便捷服務的同時，數據中心巨大的能源消耗，以及對環境和生態的影響，正受到全社會的關注。降低數據中心能耗，實現綠色高效運行，既是金融業積極承擔社會責任的體現，也是切實降低金融機構運轉成本的客觀要求。

中國人民銀行總行數據中心以機房制冷微環境為切入點，使用6西格瑪軟件實現機房氣流組織建模，對影響機房內制冷利用效率的因素進行深入分析，驗證了幾種可以優化機房氣流組織并實現空調系統節能的有效方法，在數據中心資源節約和基礎設施運維動態化、精細化管理方面進行了有益的探索。

關注機房氣流組織的意義

數據中心機房制冷的實現原理是：空調吹出的冷空氣經過一定路徑完成與IT設備散熱的充分交換，帶走熱量變為熱空氣，然后被吸收至回風口進行冷卻再繼續循環。當熱交換的紐帶不順暢、不合理時，冷量就會被浪費，只能配置更大制冷量的空調滿足降溫需求，從而造成運行和投資費用增大、PUE值升高。因此，優化機房氣流組織，對于解決機房局部過熱，提高冷量利用效率和節能降耗有重要意義。機房供回風布局、機柜內設備擺放方式、空調運行方式都可以影響氣流組織。

1.供回風布局對氣流組織的影響

空調與末端機柜距離太遠、機柜擺放雜亂都是供回風布局不合理的表現，機房內不劃分冷熱通道對機房整體的制冷效率影響最大。本文使用6西格瑪專業仿真軟件，以人民銀行總行數據中心一個機房模塊作為研究對象，采用實際數據進行了氣流組織仿真，設計了劃分冷熱通道和不劃分冷熱通道兩個模型，氣流組織變化仿真結果如圖1所示。從顏色分布看，左圖中機柜溫度明顯更高，機柜出現紅色區域是發生局部高溫的前兆，右圖中機柜溫度則相對均勻，這說明不區分冷熱通道時，IT設備冷卻不充分;從氣流路徑看，左右兩圖中代表氣流的線條在空間分布和顏色上也存在很大差別，說明機房供回風布局對氣流組織起著決定性作用，從而根本上影響著機房內的冷量利用效率。

2.機柜內設備擺放方式對氣流組織的影響

數據中心機房機柜內IT設備之間通常存在一定的空隙（1U或更多），且空隙處未安裝盲板。這種設備擺放方式其實不利于設備散熱。因為設備排出的熱風在出風口附近形成局部正壓，而設備進風口是局部負壓，出風口的熱風散流會隨著這一壓力沿設備間的空隙回到進風口處，直接降低制冷效果。以同一個機房模塊為研究對象，設計了機柜內設備間隔1U擺放且不安裝盲板和設備逐臺疊放且剩余空間安裝盲板兩個模型，仿真結果如圖2所示。可以看出，左圖機柜進風側和出風側的溫度都不均勻，說明有的位置上制冷效果降低而有的位置存在冷量浪費。右圖機房進風側和出風側溫度相對均勻，說明機柜制冷效果良好。為了降低能耗，在逐臺疊放的方式下，可適當減少空調開啟時間。而在設備間隔擺放方式下，由于機房各處溫度不均勻，一旦減少空調開啟時間，就會發生局部過熱情況。

3.空調運行方式對氣流組織的影響

數據中心機房精密空調的編組和運行方式決定了機房區域的基本制冷條件，由于每個機房的空間大小和形狀都不一樣，機房內巡檢通道設置、機柜及空調擺放格局也不盡相同。我們對同一機房模塊內三臺按照“兩用一備”配置的精密空調進行了不同運行組合下的氣流組織分析，制冷效果對比如圖3所示。

左側圖紅色區域最多，中間圖次之，右側圖基本沒有紅色區域，說明空調運行方式對制冷效果有顯著影響。在大型系統上線前或新的機房區域啟用前，應提前通過氣流組織仿真的方式，篩選制冷效果最好的空調運行方案。

優化機房氣流組織的措施

機房氣流組織形式其實一直在發展，比如精密空調的送風方式從風帽上送風、風管上送風演變為以地板下送風為主;各類IT設備的進出風形式也從早期的下進后出、前進后出、側進側出等多種形式規范為如今的前進后出。但隨著IT設備更新周期越來越短，單機柜內設備數量、功率密度和發熱密度不斷提高，機房內局部區域出現熱點在所難免，需要持續開展氣流組織狀態評估，并采取有效措施實現氣流組織優化。

1.實施冷通道封閉提升整體制冷效果

在區分冷熱通道的基礎上，還可以通過冷通道封閉的方法進一步提高對機房氣流組織的控制：把整個冷通道的兩端和頂部封閉起來，整個冷通道形成一個封閉的“冷池”，徹底隔絕了冷風和熱風的混合，冷風全部用于設備散熱，冷通道的上方和側面封閉板與消防系統聯動，在發生火災時可接收消防系統的指令緊急開啟滅火。傳統機房可以通過改造實現冷通道封閉，新機房應在設計階段提早安排。

我們利用仿真軟件對前述的生產機房進行了模擬“改造”，將機房的兩個冷通道進行了封閉，從“改造”前后機房制冷效果對比圖（圖4）可看出，左圖中位于冷通道兩端的機柜進風口邊緣進風溫度比冷通道其它位置高，說明這些位置存在冷熱氣流混雜，導致各處進風溫度不一致。右圖冷通道內溫度均勻，整個機房中基本沒有黃色區域出現，說明冷量利用率較高。

2.精細調整冷量保障局部制冷能力

在保持機房整體制冷條件不變的前提下，還可通過以下方法實現對局部高溫點制冷量的精細化調整。一是人工調整法，及時調大局部高溫點附近冷通道上通風地板的通風間隙以加大冷量供給;二是智能調整法，對于通風間隙已經調至最大但仍存在高溫風險的點位，可采取將局部熱點附近原有普通通風地板更換為可強制送風的智能溫控地板，一旦溫度超過設定的最高溫度智能地板上的風機就會啟動，這樣可以實現隨溫度變化的制冷量跟蹤調整以降低機柜高溫風險。

3.科學管理分配機房基礎設施資源

機房內設備擺放需要綜合考慮機房內空調配置情況、擬上架設備的散熱量和散熱方式、擬上架區域的制冷承載能力等多方面因素，實現動態管理。比如機房內溫度相對較高的區域應慎重增加大容量設備、上架前要認真核實設備進出風口位置以防反向安裝、新增機柜應檢查柜門開孔率和開孔面積以確定機柜的通風效果等等。

結語

金融業數據中心應高度重視氣流組織對機房制冷效果的影響，在機房制冷供給各個環節上進行精細化管理，多措并舉優化機房氣流組織，提高空調制冷效率，積極探索實現數據中心綠色節能發展的新方法。

參考文獻

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責編/馬銘陽