張 玲

（上海迪普自動化技術有限公司，上海 201100）

0 引言

數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)機房中電子設備正常運行的關鍵輔助系統(tǒng)，其在運行過程中能耗會隨著數(shù)據(jù)機房中電子設備對運行環(huán)境以及功率密度的改變而發(fā)生變化，而空調系統(tǒng)的能耗在整個數(shù)據(jù)機房運行中的能耗占比大概在25%～35%，因此降低能耗成為數(shù)據(jù)機房運營方重點關注的內(nèi)容。

1 數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)的作用

數(shù)據(jù)機房中的設備都是由精密機械、微電子等各種設備構成的，這些設備在應用期間容易受到濕度、溫度等各項因素的影響。溫度和濕度對于數(shù)據(jù)機房的運行會造成直接影響，溫度過低會導致采用的絕緣材料變脆，而溫度過高則會導致印刷電路板結構變?nèi)?，容易引起問題，影響設備的使用性能，無法發(fā)揮出相應的作用[1]。同時，對于數(shù)據(jù)機房設備性能，濕度也是其中的一項影響因素，若濕度較高，水蒸氣會在電介質材料或電子軟件表層形成水膜，造成元器件有通路形成，破壞設備；若濕度過低，極易積累靜電壓[2]。

為了確保數(shù)據(jù)機房中的溫度和濕度始終都處在合理范圍內(nèi)，要在數(shù)據(jù)機房中安置空調系統(tǒng)，通過對空調系統(tǒng)的應用，完成對數(shù)據(jù)機房中溫度和濕度的控制，確保數(shù)據(jù)機房中各種設備在運行時的穩(wěn)定性，延長設備壽命。

2 數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)存在的問題

從目前多數(shù)機房空調系統(tǒng)的運行情況來看，存在冷氣流短路、制冷量過大、數(shù)據(jù)機房內(nèi)部分溫度超出限制等，這些問題都會導致數(shù)據(jù)機房不能穩(wěn)定運行。導致上述問題的原因主要有以下3 點：

（1）空調設備選型存在問題。數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)設計中，空調設備的選型非常重要。在進行選型過程中，關鍵在于機房冷負荷參數(shù)的確定?？傮w機房冷熱負荷關鍵在于服務器散熱所形成的負荷，機房內(nèi)的熱能是由電能轉換而成的[3]。每一臺設備設計在出廠后，額定功率是設備在運行時的最大功率，設備發(fā)熱時，設計人員一般會直接利用額定功率與轉換率（90%～97%）相乘，將乘積作為數(shù)據(jù)機房在運行時設備的發(fā)熱數(shù)值。但是，從實際情況來看，依據(jù)服務器在運行期間在用途上的不同，其在運行時的實際功率都不會達到額定功率的60%，而在對數(shù)據(jù)機房中采用的空調設備選型時，設計人員經(jīng)常會出現(xiàn)考慮不當現(xiàn)象，設備運作時，可能發(fā)生過大制冷量問題?？照{運行期間，為了快速達到所設定的溫度，在制冷過程中可能耗費大量電力進行制冷處理，這會造成非必要浪費問題[4]。

（2）氣流組織存在問題。部分數(shù)據(jù)機房的空調設備未放在機房內(nèi)，而被單獨放置，這種布置形式，常規(guī)做法都是采用吊頂風管回風、地板下送風或者采取地板回風、吊頂風管送風，這兩種方式都會發(fā)生送、回風短路問題，原因在于送、回風口布置位置及氣流路徑長度，而且這樣的結構也不容易讓冷源空氣有效跟發(fā)熱的電子設備直接接觸（只能通過空氣內(nèi)部的對流散熱），若未能有效組織送風、回風，系統(tǒng)中可能混合著冷風、熱風，且無法通過有效的方法將熱量散出[5]。很多數(shù)據(jù)機房在建設時，靜壓箱為架空地板，開口置于機柜旁，為自由式送風。但是，從實際情況來看，因為架空地板高度通常都在（320～450）mm，與相關標準的600 mm 相關甚遠，有的架空地板高度接近260 mm，而且地板內(nèi)還有大量線槽、線纜，這種情況造成地板送風口風量分配不穩(wěn)定，造成有的區(qū)域溫度低，而有的則溫度高。

（3）機柜布置存在問題。早期一些數(shù)據(jù)機房，在具體布置時，受經(jīng)濟、空間、技術等多項因素限制，未能全面考慮數(shù)據(jù)機房內(nèi)氣流組織問題，布置機具時采用的是同一方向、多排布置法，送風采用架空地板，通過在機柜前開一個空調的送風口，采取該方式布置，通過機柜前，冷空氣進入，吸收了熱量之后再由后面排出去，當氣體進入后排機柜中，與冷空氣混合在一起就可有效提升后排機柜的溫度，空調制冷效率也會大打折扣，對其性能和應用會造成直接影響[6]。需要注意的是，采取冷、熱通過數(shù)據(jù)機房，在實際開展工作時，為了能讓管理和檢修更方便，把高負載密度、高功率機柜放于同個冷熱通道內(nèi)，這樣的布置方法造成通過制冷效果不明顯，有時發(fā)現(xiàn)高溫預警。且空調的工況在設定時有一些問題，如冷媒管路過長等，也都會增加空調系統(tǒng)在運行時的能耗量。

3 優(yōu)化數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)的合理措施

3.1 確定機房運行溫度

隨著電子信息設備性能的提升，其對物理環(huán)境的要求變得更加寬松，而對于節(jié)能的要求則不斷提高，這也就要求人們要對數(shù)據(jù)機房內(nèi)的空調系統(tǒng)設計參數(shù)進行調整，但是，從實際情況來看，許多數(shù)據(jù)中心仍然依據(jù)23 ℃±1 ℃作為設計標準和機房穩(wěn)定運行的具體溫度[7]。

數(shù)據(jù)機房運行期間，環(huán)境溫度控制要依據(jù)下列要求進行：①冷通道、機柜進風區(qū)域將溫度控制在（18～27）℃，不得發(fā)生結露現(xiàn)象；②控制在（5.5～15）℃，而相對濕度要控制在60%以內(nèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)機房中的空調設備在運行過程中的具體狀況，適當提升制冷系數(shù)，在保證數(shù)據(jù)機房中各項設備穩(wěn)定運行基礎上，適當降低加熱、制冷、除濕、加濕等各個方面的能耗，而且設定的環(huán)境溫度越高，則節(jié)能效果越顯著。

3.2 改善氣流組織模式

氣流組織模式存在問題是導致數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)在運行時能耗量過高的關鍵原因，依據(jù)數(shù)據(jù)機房的應用和規(guī)模情況，選擇可以有效排出數(shù)據(jù)機房中產(chǎn)生中各種余熱的氣流組織，進而保證數(shù)據(jù)機房的濕度和溫度都達到數(shù)據(jù)機房中各種電子設備的運行需求[8]。數(shù)據(jù)機房組織一方面包括數(shù)據(jù)機房的氣流組織，另一方面也包括機柜內(nèi)的氣流組織。當機房內(nèi)氣流分布合理時，機柜散熱良好，具體放置位置合理，可進一步提高機柜內(nèi)服務器的散熱率，并使柜內(nèi)溫差最小，達到節(jié)能的目的。

（1）組織機房氣流。在上送風方式下，資料室大多數(shù)機柜的冷卻風口設置在前端或底部，排風口設置在機柜后部或頂部。冷空氣通過頂部送到房間。冷風與機房內(nèi)的熱風混合，氣體充分混合后送入通道柜內(nèi)，然后對氣體進行冷卻，以適當減小機柜內(nèi)的對流溫差，提高機柜運行時的冷卻效率[9]。根據(jù)下送上回風的送風方式，冷空氣通過地板送風口合理送至機房。冷空氣由機柜吸入，然后加熱并排出。熱空氣會自動向上漂浮，最終進入空調設備。與傳統(tǒng)的送風方式相比，這種方式增大了柜內(nèi)對流換熱的溫差，在一定程度上提高了散熱效率，降低了氣流分布阻力，達到了節(jié)能的目的。

“冷熱通道”的布置實際上是為了優(yōu)化向下進料、向上回流的組織方式。對于機柜數(shù)量較多的機房，機柜的布置應采用面對面、背靠背的方式。采用這種方式，空調出風口可布置在兩排機柜的前通道內(nèi)，形成“冷通道”。冷空氣通過設備后，溫度會上升，然后從機柜背面的“熱通道”擺動離開。熱空氣最終通過回風出口輸送至空調設備。這樣可以保證機房內(nèi)氣體的順暢流動，使數(shù)據(jù)機房中的空調在運行期間的制冷能夠達到期望效果。此外，在采取了的“冷熱通道”方式布置，為了隔離好冷熱氣流，采用擋板對數(shù)據(jù)機房中“冷通道”和“熱通道”進行適當隔離，也可以將某一通道封閉方式，高效利用冷氣流，減少能耗。

列間送風是一種新型的送風方式。隨著高密度數(shù)據(jù)機房的出現(xiàn)，列間送風一般采用封閉式“冷熱通道”相結合的方式，列間空調布置在機柜間。資料室柱間空調采用小風扇水平送冷風。由于資料室機柜安裝緊湊，安裝在服務器后部的風機與水平風能形成空氣循環(huán)，使空調的制冷量得到合理、充分的利用。這種布局模式與傳統(tǒng)空調模式相比，節(jié)能效果也比較明顯。

（2）機柜氣流組織。機柜成排排列，合理應用冷熱通道技術，避免均勻布置；在機柜內(nèi)自由位置的進風口附近安裝盲板，避免熱空氣再次吸入服務器入口，造成短路問題；堵塞機柜之間的縫隙。

3.3 精準計算空調冷負荷

計算夏季空調冷負荷，不得單純地依據(jù)過去工作經(jīng)驗對數(shù)據(jù)機房的空調負荷進行估算，要對設備散熱、太陽輻射、人體散熱等各項問題進行全面、精準計算。同時，針對關鍵部位設備散熱，不能利用設備在運行時的額定功率與熱轉換率相乘作為數(shù)據(jù)機房在運行時的發(fā)熱量，要依據(jù)設備供應商提供的處理器數(shù)據(jù)、PCI 卡數(shù)量等各項內(nèi)容，對設備在運行時的具體功能，以及大熱量等內(nèi)容作為參考值，將這一數(shù)據(jù)作為空調負荷計算輸入值，確保最終計算結果精準無誤，有效提升空調系統(tǒng)的效率，減少能源的消耗。

3.4 采用自然冷源

自然冷源的運用指的是全部、部分采用自然界內(nèi)的天然冷源，完成相應制冷目的，有效減少數(shù)據(jù)機房運動時的空調能耗。目前分析，多數(shù)的數(shù)據(jù)機房運行時利用自然冷源是過渡季節(jié)、冬季冷空氣，把傳到外面的空氣做好過濾之后再引入至機房，使其作為冷源。該方式應用原理簡單，成本不高，但要注意運用自然冷源減少數(shù)據(jù)機房內(nèi)設備溫度受室外溫度變化、太陽輻射的變化，使用聯(lián)動機房空調以及新風的系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)機房穩(wěn)定運行。

4 結語

大數(shù)據(jù)時代的到來使用戶體驗發(fā)生了革命性的改變，使網(wǎng)絡及通信行業(yè)在運行時提高了對信息和數(shù)據(jù)運用和處理方面的需求，數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大。對于數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)要全面結合具體情況，對數(shù)據(jù)機房內(nèi)的空調系統(tǒng)進行優(yōu)化，減少能耗，確保數(shù)據(jù)機房穩(wěn)定運行。