數據機房空調節能探索

楊宇文 董聰聰 周利軍 高 萌

中國移動通信集團設計院有限公司

1 引言

由于我國互聯網的快速發展，使得網絡傳輸的整體效率以及數據傳送量得到了質的提升，并且眾多互聯網型企業以互聯網作為生存的基石，同時將大量的數據儲存于服務器中，而數據機房在投入使用過程中將會產生大量的散熱，并且散熱的效果也將給設備性能產生較大影響；當部分設備的局部區域溫度過高時，也會導致部分元器件出現被損毀的情況，所以確保數據機房空調安全、高效、穩定的運行是不可或缺的。

2 案例概述

目前，各類新技術正朝著節能、環保、高效的方向發展，而數據機房的風冷空調，也正在被水冷空調逐步替代，所以，四川移動在雙流區也采用了水冷空調。水冷空調與風冷技術相比而言，前者耗能僅為后者的12.5%，因此水冷空調在正常運作的過程中，冷機設備的每小時僅耗電1.1 度。此外，新型末端節能型水冷空調擁有封閉式的金屬外殼，因此，其具有防潮、散熱、低溫等方面的優點，同時其也具有更低的維護成本，同時具備更強的散熱性能，這對于減少能源消耗、提高設備工作效率有著重要的積極作用；由于水冷空調采用了電腦式控制系統，這樣也可以使濕簾等零件的使用壽命能夠得到延長，從而有效減少了工作人員的維護工作量。四川移動在雙流區采用的水冷式空調，并以此實現了節能、高效、環保的“綠色運作”。

3 數據機房空調冷暖設計原則

在進行數據機房冷暖設計的過程中，還應當遵守經濟性原則以及先進性原則。由于數據機房處于24小時運作的狀態，因此其在使用的過程中，不僅會投入大量的設備成本，同時也會消耗大量的能源并排放出大量的熱量。因此，在進行數據機房控制能源設計的過程中，必然需要考慮經濟方面的原則，這樣才能有效降低建設成本以及維護與營運成本。此外，在進行設計的過程中，還需要充分考慮到先進性的原則，這樣才能確保數據機房能夠適應未來發展的需要。

3.1 經濟性原則

在進行數據機房空調冷暖設計的過程中應當遵循經濟性原則，這樣可以給建設企業降低更多的成本。數據機房必須安裝合理數量的精密空調，這樣才能達到對室內溫度以及風速的控制，但是在進行設備采購的過程中，還需要考慮設備本身的性價比，這樣能夠有效減少了設備采購方面的成本。此外，在數據機房空調設計的過程中，需要在充分考慮到設備數量、外形尺寸和布置方式的基礎上對建設成本進行合理控制，以此來實現減少投入的目的

3.2 先進性原則

由于數據機房有大量的運作設備，并且在其在工作的過程中，將會釋放大量的熱量，而空氣的溫度、濕度、清潔度等都會對設備的工作狀態產生長期性影響。因此，在采購空調設備的過程中，需要選擇具備網絡控制、高效過濾的精密空調，這樣便能夠充分滿足機房對于散熱方面的要求。新型精密空調可以利用遠程網絡進行網絡監控，并對其工作的模式進行調整，這樣便能根據環境的實際情況及時調整溫度或送風量等。

4 數據機房及空調冷通設計

為了確保數據機房能夠處于穩定的工作狀態，還需要對其內部進行合理的設計，而在數據機房空調設計的時候，需要考慮以下幾方面的因素：（1）建設地選址。（2）設備的布置。(3)冷暖通道分離與合理組織氣流。（4）機房環境區域劃分與精確冷熱負荷管理。

4.1 機房的選址

四川移動在進行數據機房選址的過程中，需要對數據中心的選址進行考慮，這樣才能夠確保數據機房能夠更加高效地運作。通過充分的考慮后選擇了雙流區，因為該區域擁有充足的便捷的交通以及充足的電力保障；在交通方面，雙流區擁有成都地鐵10號線、地鐵3號線以及地鐵1號線，并且境內擁有繞城高速、第二繞城高速、機場高速等7條高速，同時還擁有成溫邛快速路、成新蒲快速路、環機場快速路等12條快速通道；在電力方面，雙流區域擁有九江發、擦耳等發電站，所以，雙流數據機房也擁有充足的電力保障；由于雙流區域范圍較大，并且該區域內大面積的土地并未得到開發利用，同時也未存在大量的化學工廠以及施工項目，因此，該區域內的環境質量較高，并且不存在有害氣體、油塵以及粉塵等物質，這也有效避免了數據機房受到其他污染物的侵蝕。在數據機房設計的過程中，充分考慮其對周圍居民產生的影響，因此在選址的過程中，也并未選擇在商業區或住宅小區，這樣便能充分確保機房的選址符合GB 5017—2017《數據中心設計規范》。在雙流區數據分機房選址完成后，對該區域內的環境狀況進行測定，了解到其每立方米空氣中粒徑大于等于0.5μ 的懸浮粒子數量＜1760000(粒)，工頻磁場場強＜30A/m，絕緣體的靜電電壓絕對值＜500mm/s2；所以，在結合實際環境測量的數據基礎上，充分證實了雙流機房選址的合規性以及正確性。

4.2 設備的布置

在進行設計的過程中，為了滿足散熱、維護、安裝以及維護的需要，還需要對一個設備進行間距控制。在雙流數據機房設計的過程中，各設備間的通道凈寬度約為1.7m，而背對背布置的機柜背面間距離設計在1.2m，面對面布置的機柜正面間的距離在1.2m；此外，為了能夠讓主機房內部空間處于合理的布置狀態，還設計了超過7m 長的通道，這樣可以實現對排列機柜空間上的連接，因此，該區域內的機房符合當前通信的發展需要。

4.3 冷暖通道分離與組織氣流

在送風方式設計的過程中，需要充分考慮到氣流的組織形式以及冷暖通道，若氣流形式選擇不當且冷暖通道存在問題，則會導致遠離空調區域的冷熱氣流無法形成內循環，這樣也就使得局部區域出現了溫度過高或過低。為了避免此種情況的發生，需要設計冷通道并利用強制送風的方式，從而達到對冷熱通道的有效分離；當室內空間形成氣流循環后，便能夠達到及時散熱、降溫的效果。在對雙流區數據機房氣流進行組織的過程中，通過對設備布置方式、室內風速以及設備散熱量等進行了綜合的分析，同時對主機房氣體組織進行了反復的模擬以及驗證，最終選擇了下送風上回風的形式，并且在送風口安裝了散流器以及帶擴散板風口，而下送風送風口應該采用開孔率不小于50%的地板。回風口安裝了網板風口以及百葉風口，這樣可以實現對氣流的合理組織。此外，在進行冷暖通道分離以及氣體組織的過程中，還對送風口的溫差進行了合理控制，并將其溫度控制在高于室內空氣露點溫度8℃～15℃。

4.4 機房環境區域劃分與冷熱負荷管理

數據機房中的設備主要包括存儲器、通信區、服務器群、網絡交換機等，而在不同的功能分區中，其設備產生的熱量，也存在著較大的差異，這就需要根據機房的實際情況對冷熱負荷進行合理管理；通過在高發熱區增加開孔地板的數量，這樣便可以根據設備的散熱量，從而對降溫的效果進行調整，以此確保冷熱負荷能夠得到精確管理；由于服務器的分布密度不斷提升以及刀片式服務器的出現，使得局部區域會出現溫度過高的問題，而為了能夠對局部熱點溫度進行降低，則需要對其冷熱負荷進行管理；通常情況下，可以利用空調自身的輔助空調模塊（ADU），并配合使用送風管道與軸流風機，從而對送風量、溫度、風速、風向進行調整，并針對服務器機柜的高溫區域，開展具有針對性且集中的降溫處理，這樣便能夠達到對局部熱點的溫度控制。

5 節能探索與設計

在對數據機房空調建設的過程中，應當進行節能方面的探索與設計，這樣可以實現節約成本、節能以及環保的目標。大型水冷數據機房與風冷數據機房相比而言，其總體能耗將會更低，同時其工作效率也會更高，而存在此類差距的主要原因在于大型水冷數據機房技術更加先進，例如：熱管技術便開始廣泛應用于大型水冷數據機房的空調末端，而該項技術能夠實現節能的目的；以空調系統送風量的30%進行計算，若利用了分體熱虹吸熱管冷熱回收裝置，那么其將會使得空調系統的整體能耗降低7%左右，并且當冷熱氣流溫差≥3℃時，便可以達到對能量的回收。四川移動雙流區在數據機房建設的過程中，采用了水冷式的空調且充分應用了熱管技術；在以室內溫度22℃、相對濕度50%的工況基礎上，其熱管換熱器效率約為98.1%，而輔助再熱量減少了約19%，所以，四川移動雙流區的數據分機房具有節能、環保、高效的優點。

6 結束語

綜上所述，在電信市場拓展的過程中，為了能夠進一步提高電信服務的質量，需要建設大量的數據機房來滿足用戶對于網絡通信等方面的需求，而機房建設便需要大量的資金技術以及設備的支持。通過數據機房空調冷通設計和節能降耗探索，不僅能夠滿足每臺設備對于散熱的需求，還可以有效降低空調設備工作時的能耗，并以此促進我國社會的可持續發展。