某數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境測(cè)試分析

萬(wàn)鑫 周朝瑜

無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院無(wú)錫輕大建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

隨著5G、云計(jì)算等新興技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的數(shù)量隨之急速攀升，相應(yīng)的用電量也在急劇增加，對(duì)電力供應(yīng)提出新的挑戰(zhàn)。2018 年，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心的機(jī)架總規(guī)模為166 萬(wàn)個(gè)，同比增長(zhǎng)33.4%[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的年耗電量增速始終維持在12%以上，最高達(dá)16.8%，數(shù)據(jù)中心的高能耗不僅給機(jī)構(gòu)和企業(yè)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)，也造成了全社會(huì)能源的巨大浪費(fèi)[2]。

數(shù)據(jù)中心既包括服務(wù)器等核心設(shè)備，即能源消耗的主體，也有不間斷電源、照明、冷卻等輔助設(shè)備。數(shù)據(jù)中心對(duì)環(huán)境要求極高，往往依賴空調(diào)、冷水機(jī)等設(shè)備來(lái)降溫，冷卻部分的用能占到輔助設(shè)施用能的60%以上。機(jī)房環(huán)境不僅直接影響數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行，且其環(huán)境設(shè)置與空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗緊密相連，因此數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)時(shí)機(jī)房環(huán)境測(cè)試較為重要。

1 項(xiàng)目概況

無(wú)錫創(chuàng)新園內(nèi)某園區(qū)西區(qū)主要為數(shù)據(jù)機(jī)房區(qū)，包括A 棟柴油發(fā)電機(jī)樓，C、D 棟?rùn)C(jī)房樓，E 棟控制中心?？照{(diào)暖通系統(tǒng)總制冷量約53 兆瓦，空調(diào)暖通系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)，制熱系統(tǒng)，加濕系統(tǒng)及新風(fēng)系統(tǒng)。設(shè)備主要包括冷熱源設(shè)備，末端設(shè)備及管網(wǎng)設(shè)備等，采用風(fēng)冷冷水機(jī)組作為核心冷源，系統(tǒng)主要設(shè)施包括一次泵、二次泵、蓄冷罐、供水環(huán)網(wǎng)、回水環(huán)網(wǎng)、下送風(fēng)風(fēng)道、精密空調(diào)、列間空調(diào)、新風(fēng)機(jī)組、VRF、加濕器等。

被測(cè)機(jī)房為西區(qū)數(shù)據(jù)機(jī)房，該機(jī)房總面積為356 m2，機(jī)房?jī)?nèi)共擺放機(jī)柜166 個(gè)，總功率為83.4 kW。數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)溫度為23±3 ℃，相對(duì)濕度為50 ±5%。采用分散式空調(diào)系統(tǒng)，共設(shè)有4 臺(tái)同型號(hào)風(fēng)冷型機(jī)房專用列間空調(diào)，單臺(tái)額定制冷量為20 kW，風(fēng)量為5100 m3/h。室內(nèi)空調(diào)末端擺放位置與機(jī)柜平行，空調(diào)氣流組織形式為靜壓地板下送上回式，送入機(jī)柜服務(wù)器內(nèi)的風(fēng)量通過(guò)不同開(kāi)孔率的地板進(jìn)行調(diào)節(jié)。架空地板高250 mm，地板下平均風(fēng)速為2.5 m/s，總風(fēng)量為24000 m3/h。

2 機(jī)房溫濕度、潔凈度測(cè)試

2.1 測(cè)試目的、工具和測(cè)試條件

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為后期可靠運(yùn)行及高效運(yùn)行提供依據(jù)，其測(cè)試工具等如下表1 所示。

表1 機(jī)房測(cè)試目的、工具和測(cè)試條件匯總表

2.2 測(cè)試方法及相關(guān)要求

1）機(jī)房溫濕度測(cè)試方法

測(cè)試方法：（1）開(kāi)機(jī)時(shí)的檢測(cè)應(yīng)在設(shè)備正常運(yùn)行1 h 以后進(jìn)行，停機(jī)時(shí)的檢測(cè)應(yīng)在設(shè)備停止運(yùn)行4 h 以后進(jìn)行。（2）測(cè)試點(diǎn)傳感器應(yīng)按要求擺放距離地面0.8-1.8 m，距設(shè)備表面大于0.5 m 以外處，并避開(kāi)出、回風(fēng)口。（3）機(jī)房大于50 m2時(shí)，測(cè)試點(diǎn)按公式為N（L測(cè)試點(diǎn)）=A0.（5面積）計(jì)算四舍五入取整數(shù)。（4）對(duì)于采用冷熱通道的機(jī)房：①測(cè)試點(diǎn)選擇在兩排機(jī)柜之間的中心，距離地面0.8 m；每4 個(gè)機(jī)架位置至少設(shè)一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如圖1 所示；②以冷通道的測(cè)量數(shù)據(jù)為判定依據(jù)，熱通道的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄備案僅作為參考[3]。

圖1 機(jī)房測(cè)試點(diǎn)位圖

2）機(jī)房潔凈度測(cè)試方法

測(cè)試時(shí)方法及注意事項(xiàng)如下：（1）所使用的塵埃粒子計(jì)數(shù)器，分辨率應(yīng)為1 粒。（2）采用光散射粒子計(jì)數(shù)法，對(duì)粒徑大于或等于0.5 μm 的塵埃粒子計(jì)數(shù)。（3）應(yīng)對(duì)測(cè)試房間和空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行清掃，并應(yīng)在空調(diào)運(yùn)行2 h 后進(jìn)行測(cè)試。（4）采樣時(shí)采樣管必須干凈，連接處嚴(yán)禁滲漏。（5）計(jì)數(shù)器采樣管口的朝向應(yīng)正對(duì)氣流方向，對(duì)于非單向流的機(jī)房，采樣管口宜向上。（6）測(cè)試時(shí)，室內(nèi)人員應(yīng)盡量減少，且測(cè)試人員應(yīng)在采樣口的下風(fēng)側(cè)。（7）測(cè)試點(diǎn)應(yīng)平均分布在機(jī)房各個(gè)區(qū)域，每點(diǎn)測(cè)試時(shí)不少于1 分鐘。（8）每個(gè)測(cè)試點(diǎn)至少連續(xù)測(cè)量3 次，取其平均值的最大值作為最終測(cè)試數(shù)據(jù)。

3）相關(guān)參數(shù)要求：（1）冷通道或機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度為18～27 ℃。（2）冷通道或機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的露點(diǎn)溫度為5.5～15 ℃，同時(shí)相對(duì)濕度不大于60%。（3）主機(jī)房環(huán)境溫度和相對(duì)濕度(停機(jī)時(shí))為5～45 ℃和8%～80%，同時(shí)露點(diǎn)溫度不大于27 ℃[4]。（4）主機(jī)房的空氣含塵濃度，在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)條件下測(cè)試，每立方米空氣中粒徑大于或等于0.5 μm 的懸浮粒子數(shù)應(yīng)少于17,600,000 粒。

3 數(shù)據(jù)中心測(cè)試結(jié)果和分析

機(jī)房溫濕度及潔凈度測(cè)試結(jié)果如下表1、表2 所示。由測(cè)試結(jié)果可進(jìn)行如下分析：

表2 機(jī)房溫濕度測(cè)試結(jié)果匯總表

表3 機(jī)房潔凈度測(cè)試結(jié)果匯總表

1）數(shù)據(jù)機(jī)房的環(huán)境溫度在23～25 ℃區(qū)間內(nèi)，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境溫度23±1 ℃對(duì)比，基本符合略有偏差。需要指出的是，本文所指機(jī)房環(huán)境溫度為冷通道內(nèi)的溫度，熱通道的測(cè)量數(shù)據(jù)僅作為參考。此外，筆者認(rèn)為，如今服務(wù)器所能承受的環(huán)境溫度已經(jīng)有了較大的余地，有些設(shè)備甚至可以在無(wú)空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境下正常運(yùn)行。因此達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度23±1 ℃往往并不節(jié)能，增大空調(diào)系統(tǒng)能耗，使得后期空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高。根據(jù)另一規(guī)范[3]，機(jī)房的溫度范圍可適當(dāng)放寬至18～27 ℃。據(jù)此判斷測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)工況合理。

如果測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)局部的熱點(diǎn)，不應(yīng)盲目增大空調(diào)設(shè)備制冷量來(lái)降低整個(gè)機(jī)房空間溫度，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際服務(wù)器的功率進(jìn)行氣流組織模擬，然后通過(guò)調(diào)整服務(wù)器的擺放位置或在局部設(shè)置一些隔熱卷簾等方法來(lái)優(yōu)化機(jī)房?jī)?nèi)的氣流組織。實(shí)踐證明這些措施均能有效的解決局部熱點(diǎn)問(wèn)題。

2）機(jī)房空氣相對(duì)濕度范圍為31%～35%。而制冷與空調(diào)工程協(xié)會(huì)的“數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱準(zhǔn)則”建議濕度范圍為40%～55%，與此標(biāo)準(zhǔn)存在一定偏差。根據(jù)規(guī)定，開(kāi)機(jī)時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境環(huán)境濕度標(biāo)準(zhǔn)為：A 級(jí)45%～65%，B 級(jí)40%～70%，C 級(jí)30%～80%；一般通信機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)均應(yīng)達(dá)到A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]。由此可見(jiàn)機(jī)房?jī)?nèi)的相對(duì)濕度測(cè)試結(jié)果與A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比偏低。

濕度對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響非常明顯。當(dāng)相對(duì)濕度較高時(shí)，水蒸汽在電子元器件或電介質(zhì)材料表面形成水膜，容易引起電子元器件之間出現(xiàn)形成通路。當(dāng)相對(duì)濕度過(guò)低時(shí)，容易產(chǎn)生較高的靜電電壓。因此，對(duì)于機(jī)房相對(duì)濕度較低的情況應(yīng)開(kāi)啟專用空調(diào)加濕器保證機(jī)房相對(duì)濕度滿足A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。

3）機(jī)房空氣含塵濃度基本在3000～4000 粒/L 之間，個(gè)別測(cè)試點(diǎn)超過(guò)了4000 粒/L。根據(jù)要求，A 級(jí)和B 級(jí)主機(jī)房的含塵濃度，在靜態(tài)條件下測(cè)試，每升空氣中大于或等于0.5 μm 的塵粒數(shù)應(yīng)少于18000 粒[7]。由此判斷測(cè)試數(shù)據(jù)滿足潔凈度要求。如果遇到沙塵天氣，服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能存在積灰現(xiàn)象，不利于散熱，設(shè)備工作不穩(wěn)定。為了避免上述不良情況，應(yīng)重視機(jī)房防塵工作，具體措施為：對(duì)送入機(jī)房的新風(fēng)進(jìn)行過(guò)濾。開(kāi)向室外的門(mén)窗宜設(shè)置紗門(mén)、紗窗，外窗應(yīng)具有較好的防塵功能。定期打掃機(jī)房，清洗防塵網(wǎng)。工作人員進(jìn)入機(jī)房前應(yīng)戴鞋套、穿防靜電工作服。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)中心建成正式運(yùn)行前，空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房環(huán)境測(cè)試是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析可以提前發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房存在的隱患。運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)針對(duì)性的措施來(lái)排除數(shù)據(jù)機(jī)房在運(yùn)行時(shí)空調(diào)系統(tǒng)所造成的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以幫助運(yùn)維人員熟悉空調(diào)系統(tǒng)操作流程和運(yùn)營(yíng)規(guī)范，確保數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行。本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房環(huán)境測(cè)試為類似項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)提供了參考。