機房環境溫度智能控制分析

劉清東 梁運棟

【摘要】? ? 探討了傳統精密空調的送風方式，從精密空調的送風方式及傳統送風方式的弊端，以現有前沿產品為例，從智能機柜、冷氣流分配單元ADU（Air Distribution Unit）兩個維度展開分析，改造前后機房冷量利用效率的提高，為后續的機房建設做好鋪墊，同時也為在運行的機房優化提供參考、借鑒。

【關鍵詞】? ? 機房環境? ? 智能控制

引言：

伴隨著數據業務的快速發展，數據機房內的單機柜功耗越來越高，導致對數據機房制冷的要求也越來越高。如何保證數據機房在標準的環境中高效可靠的運行成為未來數據機房面臨的挑戰。根據機房的使用要求、冷熱負荷構成特點以及環境條件等，為了在機房氣流組織調節設計中采用先進技術，提高設備運行效率，合理利用和節約能源與資源，營造高效的機房環境，對現有機房空調制冷系統進行精細化管理。

一、傳統機房精密空調的控制方式及優缺點

傳統機房精密空調的送、回風方式一般有上送風下回風、下送風上回風兩種，針對數據機房環境和設備運行要求，選擇數據機房整體的送、回風方式，來達到滿足機房穩定運行的目的。

1.1下送上回氣流組織優缺點

下送上回氣流組織方式是將地板下作為靜壓箱，在數據機柜下方設置可調節大小的出風口或數據機柜前方設置通風地板，使精密空調冷量自下而上傳遞給服務器設備，將服務器產生的熱量帶走，并回流到精密空調的回風口，從而保證設備在一個恒溫環境下工作。

優點： 1.下送上回氣流組織方式是將冷量直接從底部靜壓箱傳遞給通信設備內，交換熱量后，回流至空調回風口。空調氣流組織方向與機房內空氣冷熱原理特性相同，空調制冷效果較好。2.數據機房內靜壓箱的空間大大超過精密空調的風帽、風管截面積，精密空調下送上回的氣流組織方式送出的風量比較均勻。 3.因為是數據機房靜壓箱內送風，與精密空調上送下回氣流組織方式比較，所需的送風風壓較低，噪聲相對較小。 4.下送上回氣流組織方式不需風管和風道，從設計、施工角度來說，相對簡單、統一、集中，精密空調設備的布局可以根據服務器機柜上下架位置不同進行靈活調整。由于精密空調工藝所需的冷媒、進水管、排水管、電源線等均敷設在活動地板內，使得機房內的工藝布局顯得簡約、美觀。僅從空調專業投資來說，相對下送上回氣流組織投資造價更低。

缺點： 1.由于靜壓箱內一部分作用是給通信管線用的，設計、施工單位從減少消防保護區、降低氣滅系統造價方面考慮，靜壓箱凈高度較低，在工程早期通信設備、管線較少，工藝布置整齊有序，有較大的空調送風空間滿足需求，隨著工程的不斷改、擴建，數據機房內的各類管線管線越來越多，靜壓箱內空調送風需求面積無法得到保障。2.下送上回氣流組織是由整個數據機房地板下部形成一個靜壓箱，使得數據機房的冷量均勻分布，故靜壓箱地板質量的好壞直接影響制冷效果，由于地板質量不好，或是施工質量較差，使得遠近服務器機柜的制冷效果不均，造成機房內區域溫度差異較大，從而影響服務器設備正常運行。因此下送上回氣流組織效果受到靜壓箱地板的質量、施工多方面因素的影響。，3，靜壓箱內容易灰塵積聚，而且較難清理，如果處理不當，灰塵隨氣流組織進入數據機柜內的服務器設備，造成設備故障，影響設備的安全運行。4.下送上回氣流組織方式的給排水水管都布置在靜壓箱內，泄露時不容易看到，存在安全隱患。

1.2上送下回氣流組織優缺點

上送下回氣流組織方式是在服務器機柜上方設置出風口，空調冷量從出風口排出對數據機房內形成制冷，由于冷量與數據機房空氣混合，降低了制冷效果，一般適合用在運營商小型匯聚機房或是冷量需求較小的機房等。

優點： 1.因為機房內通信設備均為上走線，給、排水管均為明敷，一旦出現問題，能夠及時發現，使機房不安全的因素在萌芽狀態予以消滅。2.數據機房內沒有靜壓箱，使得數據機房內灰塵不易積聚，從而提高通信設備過濾網使用周期，減少數據機房內設備運維的工作量。 3.對于面積較大的數據機房，通信設備分期、分批建設，管網、管線上走線的數據機房有利于擴容、擴建。

缺點：1.上送下回氣流組織方式是冷量自上而下送到通信設備，與服務器設備熱量交換后回到空調回風口。氣流組織與空氣流動特性不一致，不利于數據機房內通信設備的安全運行。2.根據數據機房內的通信設備的工藝布局，服務器機柜的送風距離不同。短距離時，消音送風帽的方式即可滿足，機房內的氣流組織為上側送風下側回風方式。長距離時，需設置風管、風道才能滿足，并與需與機房內設備的各類走線架、消防管網、照明進行協調，避免沖突，對設計、施工質量提出更高的要求。3.由于上送下回氣流組織方式是通過風帽、風管、風道送到機房，所需精密空調風機的機外余壓比下送上回氣流組織方式要高，因此，同型號、規格的精密空調機組設備，上送下回氣流組織方式比下送上回氣流組織方式噪聲要大。4.對于需要風管、風道送風的數據機房，通信設備強、弱電走線橋架、消防管網、動環管線、照明等的工藝布置，規劃不好，會顯得比較雜亂，沒有下送上回氣流組織方式機房簡約、集中、美觀。

1.3 傳統送、回風方式的弊端

數據機房精密空調一般采用下送上回或上送下回兩種氣流組織方式，但隨著6kW以上高功率機柜的出現，上述兩種傳統精密空調氣流組織方式已無法滿足高功率機柜的制冷問題，其短板包括：1.為滿足高密機柜設備制冷需求，需要配置更大功率的精密空調，無法滿足節能效果。2.在數據機房下送上回氣流組織方式中，精密空調的冷量自下而上傳遞，而服務器機柜內有多層服務器，由于空調送風和服務器內排風氣流垂直交叉，在沒有強制密閉送風通道保證的前提下，很難保證上層服務器有效地接收需要冷量。從而出現服務器機柜上部熱島現象。3.不論是下送上回或上送下回氣流組織方式，都很難使機房內空調冷量合理分布利用，這就是高密機柜出現后機房局部產生熱島的原因。

二、優化方案

2.1 智能機柜

通過安裝在機柜內部的溫濕度傳感器，可全方位監控機柜微環境情況，特別是非常重要的溫度和濕度數據信息。管理人員可實時掌控機柜之間的細微差異，實現對機柜設施的集中和精細化管控。在機柜智能控制系統中，主要集成有顯示屏、溫濕度感應報警裝置、煙霧感應裝置、智能空調系統等等，相比于傳統機柜更加節省空間。安裝于智能機柜系統內部的溫、濕度傳感器探測裝置，可實時監測穩壓電源系統內部環境的溫度和濕度，并實時顯示在屏幕上。針對不同的應用場景，智能機柜需要安裝不同類型的傳感器，進行全方位監測，從而保障機柜安全穩定運行。比如，當穩壓電源系統內溫度超設定范圍，便會自動啟動散熱單元進行排熱。如機柜PDU設備，是為機柜安裝的電氣設備提供電力分配而設計的，引入機柜智能PDU便配備有專門的溫濕度傳感器，一般都集成有多個溫度傳感器和濕度傳感器，設定報警閥值，我們基于傳感器數據，比較環境數據和能耗數據以確定服務器能耗，進而機架內的溫度進行調節，提高能效。

2.2 冷氣流分配單元

ADU（Air Distribution Unit）是機房氣流組織的一種部件，用來將空調機產生的冷量（冷風）強制地配送到IT機柜進風口處，解決傳統送風方式的不足，尤其是高功率彌渡的應用需求。高密機柜需要的配風風量相應增加，傳統的地板下送風的氣流組織方式已經無法解決其制冷需求，存在兩個制約問題：1.地板下送風截面積和通風地板出風口的有效面積。為了解決地板下送風截面積的問題，目前地板靜壓箱越來越高，普遍要求500mm左右。2.通風地板出風口面積已達極限，通風地板通孔率肯定小于100%，而擴大機柜擁有的通風地板出風口數量就必須拓寬機房區的面積。因此地板下送風的氣流組織方式，目前只能滿足低功率功率密度機柜要求。

要在傳統的地板下送風方式的機房中，滿足高密度機柜的制冷需求，需針對部分高功率密度機柜，單獨配置區域性強制送風系統，建議采用ADU方式，提高地板出風量及送風高度，以解決地板出風口的送風瓶頸。

2.3 加強維護深度及周期

通過在電控部分、制冷系統、風道系統以及加濕器、室外機的周期性深度維護，確保冷卻能力的持續穩定。重點檢查接觸器、空開、電器組件的連接緊固，濾網風壓開關、熱力及電子膨脹閥工作狀況，壓縮機吸排壓力、制冷管道是否正常等。

2.4 優化總結

以上優化方案解決高熱量機柜溫度的問題和智能運維方式，目前已有少部分機房在投產使用，大部分還沒普遍運用，從用戶角度來說還沒有認識到它的優越性。從資源方面來說這種方案還是一個比較節能的方案，充分利用機房冷量，據有關試驗統計，以上優化方案比傳統送風方式節能約25%左右。

三、結束語

在機房氣流組織系統環境中配置智能控制模塊是發展趨勢，機房氣流組織系統環境智能分析可以主動的應用數據機房環境監控系統，提高數據機房環境監控效率。盡管目前數據機房環境監控系統成熟度還處于提高、發展階段，相信隨著數據機房環境的需要，技術的不斷完善，將會在不久的將來普及到大大小小的IDC機房;運營商的核心機房、匯聚機房等等，極大提升機房環境監控系統的潛在能力，因此環境智能分析控制系統的數據機房將是數據機房環境監控行業的新趨勢。

參? 考? 文? 獻

[1] 楊玉軍， 胡愷. 二級機房空調能耗智能管理系統[J].廣播電視網絡，2021.28，（04）

[2] 邵沖. IDC節能措施探討 [J].電信快報.2017，（04）

[3] 鄒燕. IDC機房溫度調控設計研究 [D].上海工程技術大學 2016.