機房精確送風系統(tǒng)的智能網(wǎng)格化發(fā)展

【摘 要】經(jīng)過中央空調(diào)集中送風、管道式精確送風、獨立腔體精確送風的三代發(fā)展之后，精確送風系統(tǒng)的發(fā)展走到了一個十字路口。本文通過對精確送風發(fā)展脈絡的梳理，結(jié)合運營商精確送風系統(tǒng)的建制實踐經(jīng)驗，對機房精確送風的下一步發(fā)展方向——智能網(wǎng)格化發(fā)展，進行探索和論證。

【關鍵詞】節(jié)能減排；精確送風；按需送風；智能化；網(wǎng)格化

1、概述

節(jié)能減排是國務院“十二五”規(guī)劃中的重要發(fā)展戰(zhàn)略，也是對各個行業(yè)、尤其是高科技行業(yè)的期望和要求。在電信業(yè)，2011年底工業(yè)和信息化部的通信標準化協(xié)會牽頭起草的《通信電源及機房環(huán)境節(jié)能技術(shù)指南》應運而生，規(guī)定了接下來一段時間內(nèi)，通信電源和機房環(huán)境節(jié)能的總體要求。

有專家測算，在數(shù)據(jù)機房的電力消耗中，IT設備、機房制冷和電源設備分別為5：4：1的關系，即服務器、存儲、交換機的電力消耗占總能源消耗的50%，而機房制冷電力消耗占40%，UPS等電源設備耗電占10%。還有更為精確的測算指出：在通信機房能耗組成中，通信設備能耗占53%，空調(diào)能耗占37% 。

針對機房制冷電力這40%左右的電力消耗，業(yè)內(nèi)諸多運營商與廠商通過精確送風系統(tǒng)的建制實踐，取得了諸多節(jié)能經(jīng)驗、經(jīng)濟效益，以及豐厚的研究成果：從初期的中央空調(diào)集中送風，到管道式精確送風，再到獨立腔體精確送風，直至今天采取溫度采集器、風量調(diào)節(jié)閥、熱交換、濕幕新風等諸多技術(shù)手段，力圖在保障IT設備、電源設備穩(wěn)定運行的前提下，進一步降低制冷能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

此時，精確送風系統(tǒng)的發(fā)展走到了一個十字路口：機房在實現(xiàn)了管道式、乃至獨立腔體的上送風或下送風之后，精確送風系統(tǒng)的下一步發(fā)展向何處去？在已充分貫徹了“先冷設備、再冷環(huán)境”、“避免冷熱氣流短路”、“無局部熱島”的設計原則之后，進一步提升能耗利用率、進一步提升節(jié)能效果的設計原則是什么？

本文力圖通過對精確送風發(fā)展脈絡的梳理，結(jié)合運營商精確送風系統(tǒng)的建制實踐經(jīng)驗，對機房精確送風的下一步發(fā)展方向——智能網(wǎng)格化發(fā)展，進行探索和論證。

2、精確送風系統(tǒng)的發(fā)展沿革

回顧機房空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，可以分為以下三個主要階段：

1)中央空調(diào)集中送風

在數(shù)據(jù)機房的建設初期，尚沒有明確的精確送風概念。機房制冷同普通辦公空間制冷一樣，均是采用最基本的中央空調(diào)集中送風，送風通道與回風通道與普通辦公空間的設置也基本相同，只是在溫度設定、送風風量等方面，根據(jù)機房功耗大小和溫度要求，與普通辦公空間執(zhí)行了不同的設定策略。

因此，這一階段的機房制冷尚不能稱之為精確送風，仍屬于粗獷式的集中送風：送回風通道不獨立，冷熱氣流直接短路，常易出現(xiàn)局部熱島，因而制冷效果欠佳，用電量較大。

2)管道式精確送風

面對粗獷式集中送風的種種局限，業(yè)界提出了“先冷設備、再冷環(huán)境”、“避免冷熱氣流短路”、“無局部熱島”的設計原則。在這些設計原則的指導下，出現(xiàn)了第一代的精確送風：管道式精確送風。

無論是上送風管道式精確送風，還是下送風管道式精確送風，它都第一次將送風口延伸到機柜前面板，將回風口延伸至機柜后面板，從而實現(xiàn)了“先冷設備、再冷環(huán)境”。為實現(xiàn)送回風通道的獨立，在管道式精確送風階段，就提出了機柜面對面、背對背的排布方式，在一定程度上減少了冷熱氣流的短路。

革新的機柜排布方式，配合管道式精確送風，提升了設備的制冷效果，也在一定程度上降低了制冷設備的能耗。

3)獨立腔體精確送風

在管道式精確送風的長期實踐過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)：冷熱氣流仍不時出現(xiàn)短路，機柜內(nèi)部仍有部分區(qū)域容易出現(xiàn)局部熱島。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：這是由于送回風通道仍未完全獨立造成的，換句話說，管道式精確送風并未將“先冷設備、再冷環(huán)境”、“避免冷熱氣流短路”的設計原則貫徹到極致。

在這個背景下，越來越多的數(shù)據(jù)機房將已經(jīng)延伸至機柜前面板的送風通道，與機柜進行了更緊密的密和：構(gòu)建送風腔，使送風通道與環(huán)境完全隔絕，從而完全實現(xiàn)了送回風通道的獨立、避免了冷熱氣流的短路和局部熱島，真正做到了“先冷設備、再冷環(huán)境”。

發(fā)展至此，“先冷設備、再冷環(huán)境”、“避免冷熱氣流短路”、“無局部熱島”的設計原則已基本應用到極致，精確送風系統(tǒng)的下一步發(fā)展應何去何從？

3、精確送風系統(tǒng)的智能網(wǎng)格化發(fā)展

3.1設計原則

就在此時，節(jié)能減排被國務院提為“十二五”規(guī)劃中的重要發(fā)展戰(zhàn)略，在政府工作報告中反復提及，這為精確送風系統(tǒng)的下一步發(fā)展引領了方向，提供了思路。

在當前機房精確送風的實踐中，我們時常遇到這樣的困惑：

1)在一個投入使用不久的新建機房，因考慮到未來擴容需要，共建制了十排機柜，并為十排機柜都安裝了精確送風系統(tǒng)。目前只有五排機柜內(nèi)有設備，但精確送風系統(tǒng)一旦開啟，十排機柜都進行了送風制冷，能耗浪費甚是可惜。是否有辦法根據(jù)設備的排布，靈活控制送風的區(qū)域呢？

2)在另一排布滿設備的機柜組內(nèi)，第一個機柜與第二個機柜相比，因功能不同、硬件配置不同，發(fā)熱量相差很大。為保障設備安全穩(wěn)定運行，精確送風系統(tǒng)只能以發(fā)熱量最大機柜的需求設定溫度和風量，其他機柜過多的送風量只能按部就班地回到了回風通道，浪費極大。是否有辦法根據(jù)機柜不同的發(fā)熱量，給不同機柜送出不同的風量呢？

3)在同一個機柜內(nèi)，因前臺業(yè)務在不同時段繁忙程度不同，機柜內(nèi)的后臺設備在不同時段的能耗也相差很大。同樣，為保障設備安全穩(wěn)定運行，精確送風系統(tǒng)只能以最繁忙時段的需求設定溫度和風量，其他時段過多的送風量造成了一定的浪費。是否有辦法根據(jù)機柜不同的發(fā)熱量，在不同時段給同一機柜送出不同的風量呢？

以上三點需求，可以概括為：送風區(qū)域可變、不同機柜風量大小可變、不同時段風量大小可變。歸根結(jié)底精煉為第四代精確送風系統(tǒng)的設計原則：“按需送風”，而這樣的設計原則正是以節(jié)能減排為出發(fā)點的。

3.2智能網(wǎng)格化精確送風

根據(jù)“按需送風”的設計原則，經(jīng)過深入研發(fā)，第四代精確送風系統(tǒng)——智能網(wǎng)格化精確送風應運而生。

1）精確送風系統(tǒng)的網(wǎng)格化

為實現(xiàn)“送風區(qū)域可變”，我們將機房的精確送風管道劃分成若干網(wǎng)格狀的單元，并對每一網(wǎng)格實施動態(tài)的控制管理，這就是“網(wǎng)格化”的題中之義。

將精確送風管道劃分成若干網(wǎng)格狀的單元，自然也就是將送風管道對應的機柜劃分成若干網(wǎng)格狀單元。于是，通過后臺智能控制系統(tǒng)靈活控制每個單元的氣流導向閥的開合狀態(tài)，就可以實現(xiàn)送風區(qū)域的靈活變化。

2）精確送風系統(tǒng)的智能化

①為實現(xiàn)“不同機柜風量大小可變”，我們首先在機柜內(nèi)多點布置了精密數(shù)字溫度傳感器，通過傳感器感知設備前后、機柜上部下部各個位置的溫度，并反饋給智能控制系統(tǒng)；其次，在每個機柜與送風管的連接處，安裝可調(diào)節(jié)葉片開合角度的智能風量調(diào)節(jié)閥。于是，智能控制系統(tǒng)根據(jù)各機柜的不同溫度，通過調(diào)節(jié)智能風量調(diào)節(jié)閥的葉片開度，控制每個機柜所需的進風量，實現(xiàn)了每個機柜的“按需送風”；

②根據(jù)同樣的技術(shù)原理和實現(xiàn)方式，在前臺業(yè)務的不同繁忙時段、即后臺設備功耗的不同時段，智能網(wǎng)格化精確送風系統(tǒng)也可同樣根據(jù)溫度傳感器反饋的溫度變化，自動調(diào)節(jié)智能風量調(diào)節(jié)閥的送風量，從而實現(xiàn)“不同時段風量大小可變”。

4、總結(jié)

綜上，通過氣流導向閥、數(shù)字溫度傳感器、智能風量調(diào)節(jié)閥這些前臺硬件設備，以及后臺智能控制系統(tǒng)的信息處理和自動控制，實現(xiàn)了“送風區(qū)域可變、不同機柜風量大小可變、不同時段風量大小可變”這三點需求，從而真正實現(xiàn)了“按需送風”。

因此，我們將“智能網(wǎng)格化”作為機房精確送風系統(tǒng)繼管道式精確送風和獨立腔體精確送風后的新三個發(fā)展階段，也是機房空調(diào)系統(tǒng)自中央空調(diào)集中送風開始的第四個發(fā)展階段。

與此同時，業(yè)內(nèi)專家也在精確送風系統(tǒng)的相關方面尋求更多的試點和突破：如利用室外新風冷卻；如優(yōu)化空調(diào)室外機/設置室外機隔熱板；如通過在制冷劑中放入化合物減少磨損從而降低能耗；如室外機噴霧降溫……為精確送風系統(tǒng)更為前瞻的發(fā)展探索道路。

精確送風系統(tǒng)的“智能網(wǎng)格化”發(fā)展，將更先進的IT、網(wǎng)絡、自動化等多方面技術(shù)應用其中，這一方面為精確送風系統(tǒng)的節(jié)能化發(fā)展提供了更多的技術(shù)手段，另一方面也對我們提出了更高的系統(tǒng)整合技術(shù)要求。寄望于行業(yè)專家的共同努力，為精確送風系統(tǒng)的智能網(wǎng)格化發(fā)展，做出更大貢獻。