数据通信机房的热环境研究

李 永

身份证号码：130923198406027019

数据通信机房的热环境研究

李 永

身份证号码：130923198406027019

数据中心热环境是保障服务器等通信设备稳定运行和延长使用寿命的基础。其中，合理评价局部过热现象对降低空调系统能耗比有重要意义。本文在回顾现有的评价数据中心热环境评价的指标基础上提出局部过热指数，并通过建立一个典型数据中心模型进行数值模拟，与现有指标进行分析对比，得出局部过热指数对体现机房热环境及机架的局部热点方面更有优势，更好对数据中心的节能改造提出优化建议。

数据中心；热环境；局部过热指数

通信业迅猛发展，传统机房内汇集了大量通信设备，设备数量越来越多，数据业务快速增加，机房耗能巨大。传统机房由于建设初期的设计局限性﹑后期高能耗设备的不断增加等客观原因，最终导致机房出现耗能不平衡，形成局部热岛现象，温度分布严重不均匀，部分机柜过热，部分机柜过冷，在形成机房局部热岛的同时又造成制冷量的浪费。同时由于不同类型传统机房结构﹑设备分布﹑空调摆放位置等因素的影响，相对于新建机房而言，传统机房更容易形成局部热岛现象。

1 通信机房热岛问题与节能设计现状分析

现行大多通信机房中都注重做好空调设计工作，如将下送风机柜带引入如IDC等机房中，有利于通信机房环境的改善，其中存在的热岛问题可得到解决。同时，这种空调机组设计方式也可使机房内设备的温度保持均衡，避免设备温度过高而影响其自身性能。然而从当前大多通信机房建设现状看，在空调设计过程中仍以上送风方式为主，其主要对风量按列进行布置如中央柜式空调﹑精密空调等。这种送风方式下，便可能因机房内存在不均匀发热情况，而造成局部过热或过冷，假若对此将回风温度控制形式引入系统中，其要求在系统发热量较小位置进行机组安装，这样在机组感测温度后不再供冷送风，将会使热岛问题更为明显。假若在设计过程中选取的位置以发热量大部位为主，很可能使热量较小位置出现过冷问题，机组在运行时会发生能源浪费问题。因此，无论从热岛问题看还是机组运行耗能问题，现行空调设计方式都极不合理，要求做好改造设计工作。

2 机房过热的原因

随着云计算技术的不断发展，数据中心的数量和规模都在不断增长。服务器等通信设备的高集成化也促使数据中心往高密度方向发展。高密度的数据中心势必会带来高能耗，其中空调系统能耗约占总能耗的40%，空调系统所占能耗比较高的主要原因是为了避免设备工作区出现局部热点的现象的发生，这会导致设备工作效率下降，使用寿命缩短。为了有效降低空调系统能耗，需对机房的热环境，尤其是对局部热点现象进行合理评价。

数据中心内出现局部热点问题的原因有很多，主要可以分为以下两方面：一是由于机房空间限制，服务器数量和功率不断增加，单位面积的发热量增加，导致机架内的温度远远超过原本服务器等设备可以承受的范围;而是送风温度和速度﹑送回风的布局等均会影响机房的热环境，不合理的空调系统设计会影响机房的气流组织，产生热气流再循环现象，导致局部热点。为了分析评价局部热点现象，通常以机架的进风温度和排风温度的差异为参考值，如何客观描述此差异成为分析机房局部过热现象的关键。

3 通风管道过热解决方案

3.1 二次静压特点

静压箱是送风系统减少动压，增加静压﹑稳定气流和减少气流振动的一种必要的配件，它可以使送风效果更佳理想。二次静压的特点：(1)可以把部分动压变为静压使风吹的更远；(2)可以降低噪声，同时使风量均匀分配；(3)进一步减少动压损失，防止气流在机柜顶部混合；(4)实现定点定量的输送冷气，改善了机房内气流组织的分布；(5)颠覆了传统的送风观念，做到先冷设备后冷环境。

3.2 二次静压实现方式

传统机房空调的送风方式有风管上送风﹑风帽上送风以及地板下送风三大类的上送下回﹑上送侧回以及下送上回式。在实际的改造项目中，针对传统的风管送风方式，风管离机柜进风口距离过高，风压不足，冷空气无法完全直接给机柜供冷，在保证送风管道正常送风的情况下重新添加支风管，安装二次静压箱，将空调原有由送风管道送出的风量引入二次静压箱，再送至每个机柜内部，冷却机柜，隔离冷热通道，提高冷气的利用率，以到达更好的制冷效果。机柜前部安装送风仓及风量调节阀，按照机柜实际需求调节风量，针对不同散热量的机柜实现变风量送风，避免局部热点的出现。

3.3 变风量空调构成与控制方式的实现

从变风量空调构成上看，其主要以房间温控器﹑室内风口﹑空调箱﹑送风﹑新风以及空气处理等构件为主，以其中空调箱为关键，是整个变风量空调系统综合性能发挥的关键。而从其控制形式上看，其主要体现在总风量﹑变静压以及定静压等方面。从总风量控制上看，空调系统运行过程中能够对系统运行总风量进行抓取，且在此基础上完成最佳需求风量的寻找，并对需求总风量进行判断，最终由变频器的调节系统进行风量的整体控制，整个室内温度环境都保持最为适宜。而在变静压方式上，其侧重于对系统末端阀门开度进行有效控制，现行大多VAV系统运行时，多以90%左右阀门开度作为标准，确保阀位相应信号被接收后，调节系统能够自动完成风量的调节。另外，在定静压法控制方式上，其原理主要表现在将静压传感器设置于送风管位置，在静压值恒定的条件下，调节系统可完成送风量的控制工作。

传统机房结构形式复杂多样，可根据机房的实际情况采用具体的气流组织改造方案，也可以采用几种方式相结合的气流组织方案解决局部热岛的问题。如：在某传统机房内的标准柜区域采用二次静压方式，而在非标准柜区域采用冷池密闭相结合的方式，最终达到在机房安全运行的前提下有效解决传统机房的热岛问题。

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