氣象數(shù)據(jù)中心小型化密閉冷通道系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

田曉龍 岑瑤

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010010）

1 機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)背景

1.1 什么是數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)

密閉冷通道系統(tǒng)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房，是一項應(yīng)用于降低運行設(shè)備溫度的技術(shù)，它能將機(jī)柜、設(shè)備與機(jī)房環(huán)境熱氣完全隔離，并將冷空氣限制在機(jī)柜中，有效避免冷熱空氣混合、改善冷空氣利用率、提高機(jī)房制冷效率和制冷效果。

1.2 氣象數(shù)據(jù)中心密閉冷通道系統(tǒng)建設(shè)背景

氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房普遍面臨設(shè)備發(fā)熱密度高，電力能耗大、機(jī)柜甚至機(jī)房空間不足等問題。一直以來、為了滿足氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房不斷上升的散熱要求，機(jī)房空調(diào)配備也持續(xù)地增加和更換，然而機(jī)房內(nèi)部仍然存在局部熱島問題，氣流組織紊亂，冷熱氣上下竄流，精密空調(diào)冷氣得不到有效利用，數(shù)據(jù)中心能耗居高不下。針對下送風(fēng)機(jī)房，氣流走向為下送上回方式，送風(fēng)方式為單臺或多臺空調(diào)采用地板下送風(fēng)再通過地板風(fēng)口送至機(jī)柜列間，因冷區(qū)為敞開形式，所以冷空氣并不是全部經(jīng)過設(shè)備，機(jī)柜上的設(shè)備得不到需求的冷量進(jìn)行設(shè)備降溫，整體的能耗PUE 值偏高，并且容易出現(xiàn)高溫或局部過熱現(xiàn)象，所以為降低能耗減少熱點發(fā)生，需要將冷通道與熱通道進(jìn)行隔離。合理地使用密閉冷通道方案，可大大提升數(shù)據(jù)中心機(jī)房的散熱能力，全面降低能耗，更能充分有效地使用機(jī)柜和機(jī)房空間。

1.3 機(jī)房冷熱通道節(jié)能封閉系統(tǒng)實現(xiàn)方式

1.3.1 密閉冷通道系統(tǒng)原理

如圖1所示，冷通道封閉系統(tǒng)是基于冷熱空氣分離有序流動的原理，冷空氣由高架地板下吹出，進(jìn)入密閉的冷池通道，機(jī)柜前端的設(shè)備吸入冷氣，通過給設(shè)備降溫后，形成熱空氣由機(jī)柜后端排出至熱通道（送風(fēng)走向：空調(diào)吹出冷風(fēng)→靜電地板→機(jī)柜前門（冷通道）→經(jīng)過機(jī)柜→機(jī)柜后門（熱通道）→機(jī)房頂部熱風(fēng)通道）。

熱通道的氣體迅速返回到空調(diào)回風(fēng)口。熱回風(fēng)與冷量完全隔離。因此提高內(nèi)部的冷氣利用率，帶走更多設(shè)備產(chǎn)生熱量，降低設(shè)備溫度。冷通道最大程度地利用空調(diào)送出的冷量和風(fēng)量，與通訊設(shè)備的發(fā)熱量進(jìn)行交換，有效避免通訊設(shè)備出現(xiàn)高溫或局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生，以降低空調(diào)無效部分的制冷功率，達(dá)到降耗節(jié)能，冷通道半封閉方式為在冷通道兩端安裝端門，冷通道頂部采取局部封閉或走線架安裝時位置盡量占用冷通道頂部形成局部氣流組檔。冷通道全封閉方式為在冷通道兩端安裝端門，通道頂部采用模塊化自動開啟天窗全部封閉，發(fā)生火災(zāi)告警時與消防告警聯(lián)動天窗自動打開。

1.3.2 冷熱通道封閉系統(tǒng)技術(shù)要求

冷通道要求密封性能達(dá)到IP30，符合消防規(guī)范。采用“面對面、背靠背”的機(jī)柜擺放方式，符合IT 設(shè)備從正面進(jìn)風(fēng)、從后面排風(fēng)的設(shè)計，將冷、熱空氣分區(qū)。消防天窗框架需保證通道內(nèi)透光性，玻璃面積應(yīng)不小于天窗的70%，頂蓋框架采用專業(yè)磁力吸鎖，每五個天窗安裝煙感。冷通道采用與機(jī)房消防系統(tǒng)聯(lián)合動作的方式解決冷通道內(nèi)消防要求問題，頂部應(yīng)具備消防聯(lián)動自動翻開頂蓋功能。

圖1：密閉冷通道系統(tǒng)原理圖

圖2：內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)模塊示意圖

圖3：內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道效果圖

表1：內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房常規(guī)制冷系統(tǒng)實測溫度和風(fēng)速

表2：內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷通道系統(tǒng)實測溫度和風(fēng)速

2 氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用分析

2.1 內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)建設(shè)

2.1.1 制冷系統(tǒng)

選用艾默生空調(diào)，保證產(chǎn)品在高可靠性、靈活性、生命周期內(nèi)節(jié)能、后期備件等方面具有明顯的優(yōu)勢。空調(diào)為雙系統(tǒng)雙壓縮機(jī)、下送風(fēng)上回風(fēng)方式、加濕功能、電加熱、過濾凈化達(dá)到A 級機(jī)房的要求(直徑大于0.5m 的灰塵粒子濃度18000 粒/升)，正常制冷高性能區(qū)總功率為125KW 的設(shè)備。

2.1.2 動力系統(tǒng)

兩組UPS 同時供電，每組供電電流最高可達(dá)32A，同時具有高可擴(kuò)展性。一組機(jī)柜的設(shè)備吞吐量最高可達(dá)到3-4KW。

2.1.3 模塊建設(shè)

內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房雙排密封冷通道模塊包括IT 柜、網(wǎng)絡(luò)布線柜、電源列頭柜、天窗、門、走線槽等部件組成，具體如圖2所示。天窗采用平頂或斜面結(jié)構(gòu)，兩端控制天窗安裝溫濕度傳感器、煙霧傳感器、通道照明紅外傳感及預(yù)留消防噴頭孔等，中間天窗可固定、可翻轉(zhuǎn)。天窗需開啟實現(xiàn)與通道內(nèi)消防告警信號聯(lián)動，在消防狀態(tài)下電磁鎖打開，旋轉(zhuǎn)天窗在重力作用下自動打開，保證滅火氣體進(jìn)入密封冷通道。天窗開啟后凈高不小于2 米，不影響日常維護(hù)工作。

2.1.4 照明系統(tǒng)

冷通道配置節(jié)能照明系統(tǒng)，采用冷光源（LED）燈光設(shè)計，按需定點的進(jìn)行照明控制。配備LED 白色工作照明燈，采用內(nèi)嵌式安裝工藝，與通道天窗一體化陣列布置，視覺效果明顯。具體詳見圖3。

2.2 內(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心機(jī)房密閉冷通道系統(tǒng)使用效果分析

由表1 和表2 可以看出，密閉冷通道系統(tǒng)可降低各機(jī)柜不同位置的溫度達(dá)到3.9℃左右，同時常規(guī)制冷系統(tǒng)由于缺乏對內(nèi)部風(fēng)向很好的導(dǎo)流作用，機(jī)柜位置的風(fēng)速基本減弱到0m/s，而密閉冷通道系統(tǒng)不同機(jī)柜位置的風(fēng)速平均達(dá)到2.5m/s，這樣可以極大地導(dǎo)流高性能設(shè)備高運轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量，使機(jī)柜各個位置的溫度低于空調(diào)制冷溫度4.5℃左右，這樣可以使機(jī)柜獲得充分的利用而不用擔(dān)心局部溫度過高的問題，提高數(shù)據(jù)中心空間使用率。

通過常規(guī)數(shù)據(jù)中心與冷通道數(shù)據(jù)中心進(jìn)行空間對比，密閉冷通道系統(tǒng)機(jī)柜布局可節(jié)省機(jī)房空間14.8%，改造后空調(diào)壓機(jī)工作強(qiáng)度獲得極大地降低，經(jīng)改造前后測試比較，空調(diào)全年節(jié)電量30%以上。

3 結(jié)束語

未來的氣象數(shù)據(jù)是集約的，是整合的，氣象機(jī)房的大數(shù)據(jù)中心，在滿足海量數(shù)據(jù)存儲要求的同時，更要兼顧環(huán)保、安全、節(jié)能的設(shè)計理念。依托密閉冷通道系統(tǒng)建設(shè)而成的模塊化氣象數(shù)據(jù)中心，可以極大的滿足各方要求，系統(tǒng)在保持安全穩(wěn)定的同時可緩解局部熱點、提升設(shè)備吞吐量、降低損耗、冷量利用率更是可以提升30%以上。模塊化氣象數(shù)據(jù)中心既能滿足傳統(tǒng)氣象業(yè)務(wù)的局部部署，也可以滿足現(xiàn)代大規(guī)模海量業(yè)務(wù)的集中部署，這樣的建設(shè)模式在未來會有更廣泛的應(yīng)用，將會不斷助力促進(jìn)氣象產(chǎn)業(yè)的高度融合，推動產(chǎn)業(yè)的升級和變革。