數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)節(jié)能探索

楊宇文 董聰聰 周利軍 高 萌

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

由于我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼w效率以及數(shù)據(jù)傳送量得到了質(zhì)的提升，并且眾多互聯(lián)網(wǎng)型企業(yè)以互聯(lián)網(wǎng)作為生存的基石，同時(shí)將大量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于服務(wù)器中，而數(shù)據(jù)機(jī)房在投入使用過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量的散熱，并且散熱的效果也將給設(shè)備性能產(chǎn)生較大影響；當(dāng)部分設(shè)備的局部區(qū)域溫度過(guò)高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致部分元器件出現(xiàn)被損毀的情況，所以確保數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)安全、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行是不可或缺的。

2 案例概述

目前，各類新技術(shù)正朝著節(jié)能、環(huán)保、高效的方向發(fā)展，而數(shù)據(jù)機(jī)房的風(fēng)冷空調(diào)，也正在被水冷空調(diào)逐步替代，所以，四川移動(dòng)在雙流區(qū)也采用了水冷空調(diào)。水冷空調(diào)與風(fēng)冷技術(shù)相比而言，前者耗能僅為后者的12.5%，因此水冷空調(diào)在正常運(yùn)作的過(guò)程中，冷機(jī)設(shè)備的每小時(shí)僅耗電1.1 度。此外，新型末端節(jié)能型水冷空調(diào)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(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其也具有更低的維護(hù)成本，同時(shí)具備更強(qiáng)的散熱性能，這對(duì)于減少能源消耗、提高設(shè)備工作效率有著重要的積極作用；由于水冷空調(diào)采用了電腦式控制系統(tǒng)，這樣也可以使?jié)窈煹攘慵氖褂脡勖軌虻玫窖娱L(zhǎng)，從而有效減少了工作人員的維護(hù)工作量。四川移動(dòng)在雙流區(qū)采用的水冷式空調(diào)，并以此實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、高效、環(huán)保的“綠色運(yùn)作”。

3 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)冷暖設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房冷暖設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)遵守經(jīng)濟(jì)性原則以及先進(jìn)性原則。由于數(shù)據(jù)機(jī)房處于24小時(shí)運(yùn)作的狀態(tài)，因此其在使用的過(guò)程中，不僅會(huì)投入大量的設(shè)備成本，同時(shí)也會(huì)消耗大量的能源并排放出大量的熱量。因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房控制能源設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必然需要考慮經(jīng)濟(jì)方面的原則，這樣才能有效降低建設(shè)成本以及維護(hù)與營(yíng)運(yùn)成本。此外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要充分考慮到先進(jìn)性的原則，這樣才能確保數(shù)據(jù)機(jī)房能夠適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要。

3.1 經(jīng)濟(jì)性原則

在進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)冷暖設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，這樣可以給建設(shè)企業(yè)降低更多的成本。數(shù)據(jù)機(jī)房必須安裝合理數(shù)量的精密空調(diào)，這樣才能達(dá)到對(duì)室內(nèi)溫度以及風(fēng)速的控制，但是在進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)的過(guò)程中，還需要考慮設(shè)備本身的性價(jià)比，這樣能夠有效減少了設(shè)備采購(gòu)方面的成本。此外，在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要在充分考慮到設(shè)備數(shù)量、外形尺寸和布置方式的基礎(chǔ)上對(duì)建設(shè)成本進(jìn)行合理控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)減少投入的目的

3.2 先進(jìn)性原則

由于數(shù)據(jù)機(jī)房有大量的運(yùn)作設(shè)備，并且在其在工作的過(guò)程中，將會(huì)釋放大量的熱量，而空氣的溫度、濕度、清潔度等都會(huì)對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)產(chǎn)生長(zhǎng)期性影響。因此，在采購(gòu)空調(diào)設(shè)備的過(guò)程中，需要選擇具備網(wǎng)絡(luò)控制、高效過(guò)濾的精密空調(diào)，這樣便能夠充分滿足機(jī)房對(duì)于散熱方面的要求。新型精密空調(diào)可以利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，并對(duì)其工作的模式進(jìn)行調(diào)整，這樣便能根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整溫度或送風(fēng)量等。

4 數(shù)據(jù)機(jī)房及空調(diào)冷通設(shè)計(jì)

為了確保數(shù)據(jù)機(jī)房能夠處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，還需要對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，而在數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮以下幾方面的因素：（1）建設(shè)地選址。（2）設(shè)備的布置。(3)冷暖通道分離與合理組織氣流。（4）機(jī)房環(huán)境區(qū)域劃分與精確冷熱負(fù)荷管理。

4.1 機(jī)房的選址

四川移動(dòng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房選址的過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)中心的選址進(jìn)行考慮，這樣才能夠確保數(shù)據(jù)機(jī)房能夠更加高效地運(yùn)作。通過(guò)充分的考慮后選擇了雙流區(qū)，因?yàn)樵搮^(qū)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(qū)擁有成都地鐵10號(hào)線、地鐵3號(hào)線以及地鐵1號(hào)線，并且境內(nèi)擁有繞城高速、第二繞城高速、機(jī)場(chǎng)高速等7條高速，同時(shí)還擁有成溫邛快速路、成新蒲快速路、環(huán)機(jī)場(chǎng)快速路等12條快速通道；在電力方面，雙流區(qū)域擁有九江發(fā)、擦耳等發(fā)電站，所以，雙流數(shù)據(jù)機(jī)房也擁有充足的電力保障；由于雙流區(qū)域范圍較大，并且該區(qū)域內(nèi)大面積的土地并未得到開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)也未存在大量的化學(xué)工廠以及施工項(xiàng)目，因此，該區(qū)域內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量較高，并且不存在有害氣體、油塵以及粉塵等物質(zhì)，這也有效避免了數(shù)據(jù)機(jī)房受到其他污染物的侵蝕。在數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分考慮其對(duì)周圍居民產(chǎn)生的影響，因此在選址的過(guò)程中，也并未選擇在商業(yè)區(qū)或住宅小區(qū)，這樣便能充分確保機(jī)房的選址符合GB 5017—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》。在雙流區(qū)數(shù)據(jù)分機(jī)房選址完成后，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況進(jìn)行測(cè)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(shù)量＜1760000(粒)，工頻磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)＜30A/m，絕緣體的靜電電壓絕對(duì)值＜500mm/s2；所以，在結(jié)合實(shí)際環(huán)境測(cè)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，充分證實(shí)了雙流機(jī)房選址的合規(guī)性以及正確性。

4.2 設(shè)備的布置

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了滿足散熱、維護(hù)、安裝以及維護(hù)的需要，還需要對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行間距控制。在雙流數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的過(guò)程中，各設(shè)備間的通道凈寬度約為1.7m，而背對(duì)背布置的機(jī)柜背面間距離設(shè)計(jì)在1.2m，面對(duì)面布置的機(jī)柜正面間的距離在1.2m；此外，為了能夠讓主機(jī)房?jī)?nèi)部空間處于合理的布置狀態(tài)，還設(shè)計(jì)了超過(guò)7m 長(zhǎng)的通道，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排列機(jī)柜空間上的連接，因此，該區(qū)域內(nèi)的機(jī)房符合當(dāng)前通信的發(fā)展需要。

4.3 冷暖通道分離與組織氣流

在送風(fēng)方式設(shè)計(jì)的過(guò)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(dāng)且冷暖通道存在問(wèn)題，則會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)離空調(diào)區(qū)域的冷熱氣流無(wú)法形成內(nèi)循環(huán)，這樣也就使得局部區(qū)域出現(xiàn)了溫度過(guò)高或過(guò)低。為了避免此種情況的發(fā)生，需要設(shè)計(jì)冷通道并利用強(qiáng)制送風(fēng)的方式，從而達(dá)到對(duì)冷熱通道的有效分離；當(dāng)室內(nèi)空間形成氣流循環(huán)后，便能夠達(dá)到及時(shí)散熱、降溫的效果。在對(duì)雙流區(qū)數(shù)據(jù)機(jī)房氣流進(jìn)行組織的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)設(shè)備布置方式、室內(nèi)風(fēng)速以及設(shè)備散熱量等進(jìn)行了綜合的分析，同時(shí)對(duì)主機(jī)房氣體組織進(jìn)行了反復(fù)的模擬以及驗(yàn)證，最終選擇了下送風(fēng)上回風(fēng)的形式，并且在送風(fēng)口安裝了散流器以及帶擴(kuò)散板風(fēng)口，而下送風(fēng)送風(fēng)口應(yīng)該采用開(kāi)孔率不小于50%的地板?；仫L(fēng)口安裝了網(wǎng)板風(fēng)口以及百葉風(fēng)口，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的合理組織。此外，在進(jìn)行冷暖通道分離以及氣體組織的過(guò)程中，還對(duì)送風(fēng)口的溫差進(jìn)行了合理控制，并將其溫度控制在高于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度8℃～15℃。

4.4 機(jī)房環(huán)境區(qū)域劃分與冷熱負(fù)荷管理

數(shù)據(jù)機(jī)房中的設(shè)備主要包括存儲(chǔ)器、通信區(qū)、服務(wù)器群、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等，而在不同的功能分區(qū)中，其設(shè)備產(chǎn)生的熱量，也存在著較大的差異，這就需要根據(jù)機(jī)房的實(shí)際情況對(duì)冷熱負(fù)荷進(jìn)行合理管理；通過(guò)在高發(fā)熱區(qū)增加開(kāi)孔地板的數(shù)量，這樣便可以根據(jù)設(shè)備的散熱量，從而對(duì)降溫的效果進(jìn)行調(diào)整，以此確保冷熱負(fù)荷能夠得到精確管理；由于服務(wù)器的分布密度不斷提升以及刀片式服務(wù)器的出現(xiàn)，使得局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高的問(wèn)題，而為了能夠?qū)植繜狳c(diǎn)溫度進(jìn)行降低，則需要對(duì)其冷熱負(fù)荷進(jìn)行管理；通常情況下，可以利用空調(diào)自身的輔助空調(diào)模塊（ADU），并配合使用送風(fēng)管道與軸流風(fēng)機(jī)，從而對(duì)送風(fēng)量、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行調(diào)整，并針對(duì)服務(wù)器機(jī)柜的高溫區(qū)域，開(kāi)展具有針對(duì)性且集中的降溫處理，這樣便能夠達(dá)到對(duì)局部熱點(diǎn)的溫度控制。

5 節(jié)能探索與設(shè)計(jì)

在對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行節(jié)能方面的探索與設(shè)計(jì)，這樣可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、節(jié)能以及環(huán)保的目標(biāo)。大型水冷數(shù)據(jù)機(jī)房與風(fēng)冷數(shù)據(jù)機(jī)房相比而言，其總體能耗將會(huì)更低，同時(shí)其工作效率也會(huì)更高，而存在此類差距的主要原因在于大型水冷數(shù)據(jù)機(jī)房技術(shù)更加先進(jìn)，例如：熱管技術(shù)便開(kāi)始廣泛應(yīng)用于大型水冷數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)末端，而該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的；以空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量的30%進(jìn)行計(jì)算，若利用了分體熱虹吸熱管冷熱回收裝置，那么其將會(huì)使得空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗降低7%左右，并且當(dāng)冷熱氣流溫差≥3℃時(shí)，便可以達(dá)到對(duì)能量的回收。四川移動(dòng)雙流區(qū)在數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)的過(guò)程中，采用了水冷式的空調(diào)且充分應(yīng)用了熱管技術(shù)；在以室內(nèi)溫度22℃、相對(duì)濕度50%的工況基礎(chǔ)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(dòng)雙流區(qū)的數(shù)據(jù)分機(jī)房具有節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電信市場(chǎng)拓展的過(guò)程中，為了能夠進(jìn)一步提高電信服務(wù)的質(zhì)量，需要建設(shè)大量的數(shù)據(jù)機(jī)房來(lái)滿足用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信等方面的需求，而機(jī)房建設(shè)便需要大量的資金技術(shù)以及設(shè)備的支持。通過(guò)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)冷通設(shè)計(jì)和節(jié)能降耗探索，不僅能夠滿足每臺(tái)設(shè)備對(duì)于散熱的需求，還可以有效降低空調(diào)設(shè)備工作時(shí)的能耗，并以此促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。