金融企业机房节能减排探索与实践

黄毅，王久海，徐靖文

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司）

1 引言

在2009年哥本哈根联合国气候变化大会上，中国政府第一次以约束性指标的方式向世界宣布，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%～45%。近年来，国家相关部委均提出了节能减排工作的明确要求，2012年国务院下发了节能减排“十二五”规划要求，工信部也下发了“通信行业节能减排规划”、“工业企业节能减排规划”等相关节能减排规划与要求。在国家加强节能减排工作的大背景下，金融企业也加强开展节能减排工作。

金融企业机房通常对于网络的安全运行要求较高，远高于互联网企业。但是由于机房建设周期长，运行时期长，随着大功耗服务器的进入，机房内出现送风效果较差、多处存在热点的现象，极大地影响机房的安全运行。另外，由于机房建设时期较早，水冷系统运行周期过长，存在机组运行不够合理、能效较差的情况，并且系统未考虑冬季冷却塔供冷的技术，使机房全年PUE高达2.4，能源浪费严重，能效极低。

2 机房能效诊断思路

考虑到主机房内的能效问题通常会影响机房的安全运行，因而机房的节能诊断应采用由内而外、由核心到外围的诊断策略。这才能最有效、最直接挖掘出机房安全、能效问题的核心。机房节能诊断思路如图1所示。

图1 机房节能诊断思路

3 某典型机房存在的问题分析

3.1 机房多处热点影响安全运行

机房内送回风效率低、空调室内机的配置容量远超服务器上散热需求，冷量配置为需求的3.2倍，但是机房内仍多处过热，严重影响机房的安全运行。为了解决机房内的热点问题，机房内应多处增加风机、风扇进行送风，以解决机房内的热点问题。图2为设置独立风机解决局部过热示意图。

图2 设置独立风机解决机房局部过热

3.2 冷冻水系统效率衰减严重

机房冷源采用离心机组，前期采用三用一备的方式进行设置。现场发现夏季室外温度过高时，4台机组必须全部开启才能满足制冷需求，备份空调已变为主用机组。一方面机房能耗显著提升，另一方面机房运营安全性受到严重威胁。经分析，此现象是因冷冻水系统效率衰减造成的。一方面，冷冻水流量控制不合理，冷冻水流量过大，部分直接旁通回制冷机，导致在部分负荷状况下，供回水温差减小（实际测量仅有2.5℃，远低于系统设计的5℃温差），蒸发温度降低，机组制冷效率下降；另一方面，机组缺乏有效维护，蒸发器积垢也造成了机组效率下降。

3.3 能效问题突出

3.3.1 未考虑自然冷源的使用

机房楼位于室外冷源较好采用的北方区域，并且采用水冷型冷水机组进行制冷，比较适合设置板式换热器通过采用冬季冷却塔供冷，减少冷水主机在冬季的运行时间，实现节能；但是机房楼目前仍未设置该板式换热装置。

3.3.2 室内机无群控

空调室内机未设置联控装置，机房内的各空调室内机独立运行、独立控制。在机房负荷较低的情况下，若无人员操作，所有空调室内机同时以低负荷率运行，严重降低工作效率。同时，有些区域的空调处于加湿状态，而另一些处于除湿状态，也进一步加剧了机房空调的能耗浪费。

4 金融客户机房节能减排工作思路

机房内的能耗问题通常区分为两种：一种既与能效有关又严重影响机房的安全运行，另一种仅仅与机房的能耗水平相关。考虑到高安全性是金融客户机房的典型特点，高保障度是金融客户机房的基本要求。节能减排工作的开展应以解决影响机房安全运行的高能耗问题为主，以其他能耗问题的解决为辅。在解决安全问题的基础上实现节能，达到事半功倍的效果。

5 节能技术

5.1 精确送风改造

早期的IDC机房大多采用风管送风或风帽送风方式，一般都是将冷风送到机房，先冷却机房的环境，再冷却设备，造成了能耗的浪费。随着科技的发展，大量的高密度服务器和小型机的使用，造成大多数IDC机房出现房内气流组织混乱，冷热气流混合现象严重，导致机房制冷利用效率低下，而且局部过热问题时有发生，甚至引起设备宕机，给IDC机房的运行带来严重的危害。

精确送风技术是将空调冷风直接输送到每个机柜，根据每个机柜不同的发热量有针对性地送风。改变善机房的气流组织，使空调送风先通过设备，大大降低设备进风温度，改善设备运行环境，使得设备功耗下降，使用寿命延长。冷通道封闭式精确送风如图3所示。

图3 冷通道封闭式精确送风

5.2 冷冻水系统控制优化

1）增加变频控制系统，采用变频调速与水泵台数调节相组合的方法，合理调节水泵的工作台数及其运行参数；部分负荷下，在满足系统需求的同时，实现节能。

2）冷水机组都存在最经济的工作点（负载率），所以机房的热负荷与制冷主机的负载率存在动态的响应与匹配。其动态响应与匹配曲线示例如图4所示。

根据机房所需的空调制冷负荷及其变化趋势，结合制冷机组的容量及COP能效曲线，采用合理的开机、增减机和停机策略，控制机组的启动数量，达到机组运行在最高效率点上；多台机组并联运行时，往往工作在不同的负荷率上，COP能效值也相差甚大，通过调节各台机组水流量，实现负荷的动态分配，保证每台机组都工作在COP最大的负荷率上。通过以上系统调测从而最终实现系统的节能。

3）定期清洗制冷机组或设置自动维护设备，清理换热器水垢，提高制冷效率，减少运行费用。

图4 离心冷水主机效率与负荷率曲线

5.3 冬季冷却塔供冷

在常规空调冷水系统基础上增设部分管路和热交换器，当室外湿球温度低到某个值以下时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水来冷却冷冻水，提供机房空调所需的冷负荷。用冷却塔替代冷水机组供冷，达到节省能耗的目的。冷却塔供冷系统流程如图5所示。

5.4 室内机联控

在机房内通常设置有多台空调室内机，为了达到安全、经济的运行目的，通常采用空调室内机联控系统对室内机进行统一的控制与设置；部分负荷下，停掉1～2台空调末端，避免同一机房内空调同时加湿、除湿，减少能源的浪费。并通过有效控制机房末端空调进回水阀门流量，使空调末端的进回水温差达到目标设计值。

6 改造成果

6.1 安全性

图5 冬季冷却塔供冷系统图

通过机房内的精确送风改造，机房内的局部过热及热点问题有效解决，大大提升了机房内的安全性；通过对冷冻水系统进行控制优化、清洗制冷机组等措施，有效解决了水冷主机存在的备份主机功能缺失的问题，有效提升了空调制冷系统的安全性。

6.2 节能性

通过精确送风、增加变频控制系统，对冷冻水主机进行群控，控制供回水温差，以及通过空调室内机联控关停不需要的末端机组、冬季冷却塔供冷等一系列改造技术的实施，使机房能效大大提升，机房全年PUE为1.52，冬季PUE为1.35，节能效果显著。

7 结束语

由于金融企业对于机房安全性、可靠性的要求较高，机房节能减排策略应由内而外地进行，节能技术应紧紧围绕安全进行实施，在确保机房安全、可靠性的基础上开展节能减排才是金融企业机房实施节能的核心。

【1】陈焰华，武笃福.冷水机组水系统的配置及设计[J].暖通空调，2003，33（6）.

【2】郭少华，李和仙.关于通信机房精确送风技术的研究[J].计算机与信息技术，2013，3.

【3】余松，钟利锋.冬季冷却塔供冷系统设计应用[J].城市建设理论研究，2013，32.