數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)節(jié)能對策研究

邢雪松

摘 ? ?要：我國數(shù)據(jù)中心的建設規(guī)模不斷增大，處于高速的建設發(fā)展時期，各政府部門對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的大力扶持，以及對云計算、物聯(lián)網(wǎng)、寬帶和下一代網(wǎng)絡的發(fā)展的高度重視，二十一世紀人類社會正在逐步進入信息時代，各行各業(yè)的數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模越來越大。但隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴大，服務器發(fā)熱密度越來越高，數(shù)據(jù)中心能耗問題日益突出。數(shù)據(jù)中心中暖通系統(tǒng)能耗占據(jù)著較大比例，暖通系統(tǒng)節(jié)能刻不容緩。西方發(fā)達國家中暖通系統(tǒng)僅占社會總能耗的百分之十五左右，而在我國暖通系統(tǒng)能耗卻占社會總能耗的百分之三十，可見暖通系統(tǒng)節(jié)能的必要性。本文將針對數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)的節(jié)能措施展開研究和分析。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心;暖通;節(jié)能

1 ?引言

隨著數(shù)據(jù)中心的不斷變大，綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心已經(jīng)由概念走向?qū)嶋H。越來越多的數(shù)據(jù)中心在建設時將PUE值列為一個關鍵指標，追求更低的PUE值，建設綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識。例如，微軟公司建在都柏林的數(shù)據(jù)中心其PUE值為1.25。據(jù)最新報道Google公司現(xiàn)在已經(jīng)有部分數(shù)據(jù)中心的PUE降低到1.11。而我們國內(nèi)的PUE平均值基本在1.5～2.0，中小規(guī)模機房的PUE值更高，大都在2.5以上。我們在數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設計方面與國外還存在很大差距，其設計思想及理念非常值得我們借鑒。而降低PUE的關鍵是降低數(shù)據(jù)中心暖通系統(tǒng)的耗電。

2 ?背景

在測試的數(shù)據(jù)中心中主要負荷來自A樓4個機房和B樓6個數(shù)據(jù)機房中的負載設備及幾個機房的供冷設備。目前該數(shù)據(jù)中心裝機量占總裝機量的30%左右，暖通系統(tǒng)僅開啟B樓一套冷機及冷卻塔來負責A、B兩棟樓的供冷，兩棟樓通過母聯(lián)暖通管道連接。由于負荷較低，冷機的利用率較低。機房內(nèi)的末端空調(diào)分為精密空調(diào)、列間空調(diào)、背板空調(diào)等。

冷機及冷卻塔情況，A、B樓各兩臺離心冷機，目前開啟B樓一臺離心機進行供冷。末端空調(diào)情況，每個機房配備1-2個空調(diào)間，共開啟背板空調(diào)262臺，開啟精密空調(diào)60臺在運行。機房機柜情況，每個數(shù)據(jù)機房面積約為515m2，機柜數(shù)量約200個?？傮w來說，目前數(shù)據(jù)中心處于極低負荷狀態(tài)，包括暖通設備運行狀態(tài)也是如此。

3 ?測試及整改措施

背板空調(diào)送風的摻混問題嚴重，裝有不同機型服務器的空調(diào)摻混情況也差異較大。背板空調(diào)的摻混情況主要在上部和下部，主要是機柜裝載盲板數(shù)量不足。一些服務器自身風扇排風量大于背板風扇排風量，在無盲板的位置熱風返回與冷通道的冷風摻混后又被服務器吸入，造成降溫效率降低。改進措施：盲板裝載不足需考慮增加盲板來擋風，防止熱風返回與冷風摻混。

背板空調(diào)風扇排風不足導致回風嚴重，由于風扇轉(zhuǎn)速控制邏輯混亂，在現(xiàn)有排布情況下，進行控制邏輯進行修改，將常規(guī)風速調(diào)整與服務器的風速和溫度進行匹配。

在未來機房排布和設計中，背板控制邏輯應當根據(jù)放置的不同機器，設置不同的排風風速檔位供選擇，或者將同一類型的機器放置在一列機柜中，以整體的安排風扇轉(zhuǎn)速，達到節(jié)能效果。

3.1 ?現(xiàn)存問題

對單個機柜來說送風量不足，服務器的風扇排風量大于送風量，導致上部出現(xiàn)回風摻混。應該加大單個機柜送風量。

對于整個機房來說，整體的送風量為44.9m3/s遠高于需求的送風量22.9m3/s，即有22m3/s的冷風沒有經(jīng)過服務器直接通過空間直接回到熱通道與熱風進行摻混，進而增加了空調(diào)能耗。

精密空調(diào)末端除濕和恒濕機加濕同時進行。而導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因在于目前供水溫度14℃太低，低于回風露點溫度。對各個精密空調(diào)的回風測試后發(fā)現(xiàn)將冷凍水供水溫度提高至16.2℃以上即可解決這一問題。

各精密空調(diào)工作狀態(tài)差異大。其中一些空調(diào)的輸配系數(shù)遠低于額定工況，運行效果不好。

風機能耗浪費。一些空調(diào)箱的水閥和風機嚴重不匹配：水閥開度較小，相應換熱量較小，但風機轉(zhuǎn)速依然處于較高水平，造成不必要的能耗。

3.2 ?改進措施

將無服務器通道封閉地板和百葉防塵板，阻擋冷熱風摻混。

改善服務器排布。根據(jù)測試情況，整個機房負荷率為設計的8.95%，而機柜占有率為23%，空置冷通道為50%，可見機柜擺放沒有整體規(guī)劃和設計，基本為意愿隨意擺放。如果將服務器集中擺放，可以大面積減少冷風浪費，同時可削減送風量，提升冷凍水溫度。

將冷凍水供水溫度提高至16.2℃以上即可解決同時除濕和加濕的情況。

數(shù)據(jù)機房熱負荷均勻分配給六個冷通道，總風量、回風溫度標準不變;關閉4號、5號精密空調(diào)，同時依據(jù)前面末端計算結果，降低總風量、提高回風溫度標準。

4 ?數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)節(jié)能的措施

通過前文的分析，不難看出數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)節(jié)能的重要性和必要性。下面通過幾點來分析數(shù)據(jù)中心工程暖通系統(tǒng)節(jié)能的措施。

4.1 ?合理的氣流組織

通過前文對數(shù)據(jù)中心環(huán)境要求的分析，可以知道數(shù)據(jù)中心主機房對環(huán)境的潔凈度及溫濕度都有較高要求，主機房內(nèi)必須要進行新風換氣。在夏季時新風處理比較簡單，只需進行簡單的除濕即可。而在冬季，室外溫度較低，且空氣含濕量低于室內(nèi)空氣含濕量，空氣處理中既要加濕又要加熱，而當前的加熱加濕方式顯然會造成能源利用的不合理。因此，新風處理可考慮采用換熱機組，利用機房內(nèi)的回風加熱新風，不僅降低了新風加熱能耗，同時減少了末端空調(diào)風機能耗。另一方面，為了使暖通系統(tǒng)性能得到更好的發(fā)揮，避免冷熱風混合，氣流組織設計中單機柜熱密度若在5kW以下，可設冷熱通道。若在5kW以上，可考慮設置封閉式冷熱通道。目前國內(nèi)大多采用的是封閉冷通道，但工程中如果對送風溫度有一定要求，可采用封閉熱通道。封閉通道能夠降低機柜的漏風率，最大限度的優(yōu)化氣流組織，有效降低能耗。此外，應設置隔離門，減少室內(nèi)外空氣的對流。

4.2 ?加強對變頻技術的應用

目前國內(nèi)數(shù)據(jù)中心應用的主流暖通系統(tǒng)控制技術分為兩大類：第一類是定頻技術，第二類是變頻技術。由于定頻控制技術下，冷凍泵需要持續(xù)運轉(zhuǎn)，以維持設置溫濕度，所以運行中能耗問題突出。而變頻控制技術下，利用了智能控制和感應技術，系統(tǒng)可根據(jù)實際溫濕度來自動調(diào)節(jié)運行模式，進行低能耗運行，以降低整體運行能耗。且這種控制技術控制精度大，能源利用率高，能夠有效降低暖通系統(tǒng)運行成本，提高系統(tǒng)運行靈活性，解決能耗問題。因此，數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)應積極推廣和應用變頻控制技術。例如，深圳科士達在二零一一建設的數(shù)據(jù)中心，就應用了變頻控制技術，數(shù)據(jù)中心整體能力下降了百分之二十二，運行成本降低百分之十三，節(jié)能效果大大提升，溫控、濕控效果明顯改善，控制準確性明顯提高，科士達數(shù)據(jù)中心被評為最佳節(jié)能數(shù)據(jù)中心。

5 ?結束語

數(shù)據(jù)中心的建設離不開對暖通系統(tǒng)的應用，但暖通系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的主要能源設施，能耗問題十分突出。高能耗不降會造成資源浪費，增加暖通系統(tǒng)運行成本，更會帶來嚴重的環(huán)境污染問題，數(shù)據(jù)中心工程中暖通系統(tǒng)節(jié)能至關重要。暖通系統(tǒng)設計中必須做好科學設計，考慮節(jié)能問題，積極融入新技術、新設備，以降低暖通系統(tǒng)能耗。暖通系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心耗電大戶，同樣也是可以優(yōu)化數(shù)據(jù)中心節(jié)能的關鍵。主要需要優(yōu)化的有：控制機房的氣流組織，達到精準送風，讓冷風的到充分的利用;控制暖通系統(tǒng)的供回水和風的溫度，使溫差達到最理想的值。

參考文獻：

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