某数据机房热环境改善及节能措施研究

王剑平

摘  要：该数据机房空调能耗高、热环境较差，通过数值模拟，分析对比了不同方案下机房热环境的变化情况，得到了改善机房热环境方案及机房节能措施，为同类型数据机房的空调设计及运行方式提供了参考依据。

关键词：数据机房;热环境;数值模拟;节能

中图分类号：TU831.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）14-0124-02

Abstract： The air conditioning energy consumption of the data room is high and the thermal environment is poor. Through numerical simulation， the changes of the thermal environment of the computer room under different schemes are analyzed and compared， and the scheme of improving the thermal environment of the computer room and the energy saving measures of the computer room are obtained， which provides a reference for the air conditioning design and operation mode of the same type of data room.

Keywords： data room; thermal environment; numerical simulation; energy saving

引言

随着移动互联网的发展与大数据时代的到来，数据机房的数量持续增长，能耗越来越高。以北京为例，预计到2020年，数据机房能耗将达到117×108kW·h，比2015年增加75%[1]。根据资料显示，空调系统能耗大约占数据机房总能耗的40%[2]，而机房温度过高会造成严重的经济损失，因此优化空调系统来改善机房的热环境并降低能耗具有重要意义。

1 项目基本情况

本文研究的机房长25m，宽18m，总面积约为450m2。本机房气流组织形式为下送上回。机房设置6个水冷风柜（额定制冷量为152kW，额定风量为30300m3/h）。机柜的降温采用精确送风，冷风经架空地板，由机柜下方镂空的风口进入机柜，经过热交换带走设备热量后再由热通道回到空调回风口完成一个循环。根据运维人员反映，该机房空调能耗高，冷热不均，需对机房进行优化。

2 机房热环境模拟

优化方案一：机房中共有10塊静电地板被掀开，导致冷风短路，降低了冷量的利用率。故本方案将模拟无机柜处地板封闭后，机房的热环境变化;

优化方案二：6台风柜温度设定不一致（如表1），在封闭地板的基础上，统一将送风温度设定为16.5℃，并模拟机房热环境变化。

由图2可知，封闭无机柜处地板前机房冷热不均，出现热点，并有大面积冷量浪费。地板封闭之后，冷量无泄漏，机房整体温度基本均匀且无热点区域，故方案一有效解决了冷风短路问题，并消除了局部热点。在封闭地板的基础上，设定每台风柜送风温度一致，机房温度更加平均，方案二提高了机房温度分布的均匀性，为设备安全运行提供了可靠保障。

冷量利用系数在一定程度上可以表征机房热环境，通过计算（如图3），地板封闭后机房空调冷量利用系数有不同程度的提高，提高幅度为0.22～0.55。送风温度优化后机房空调冷量利用系数也有不同程度的提高，提高幅度为0.02～0.48。空调冷量利用系数越高，经济性也越高。通过优化，冷量利用系数整体提高了约25%，方案二有效可行。

3 空调运行台数优化

本机房内共配置6台风柜，设计为5用1备，运维人员为保证设备安全，将机房6台风柜全部开启，造成冷量浪费，能耗较高。本节将对空调运行台数进行模拟优化，在保证设备安全运行的前提下，降低空调能耗。

（1）关闭其中两台室内风柜作为备用，采用4+2形式送风，进行热环境预测，结果如下：

由图4，关闭两台风柜，将剩余空调送风参数设定一致时，机房整体热环境分布基本一致，机房整体温度约为23℃，且温度最高区域不超过28℃，机房回风温度不超过26℃。说明，在4用2备情况下，机房制冷量远高于机房设备，满足机房热环境规范。对比可知，不同关机方案的截面平均温度相差小于0.5℃，温度最高区域温度相差小于1℃，可见地板静压箱起到了很好的分流作用，将冷风较为均匀的送到了各个区域，从气流组织方面考虑，该机房在今后运行中可以关闭任意两台空调作为备用。

（2）关闭其中三台风柜作为备用，采用3+3形式送风，进行热环境预测，结果如下：

由图5，当所有空调送风参数设定一致时，关闭其中三台空调，机房整体热环境比上一方案温度要高，该截面平均温度23.6℃，温度最高区域在机房上部，机柜出风温度约为29℃，机房回风温度不超过26℃，但6#空调附近温度偏高，约为25℃-27℃，当前机房装机量情况下三用三备方式制冷可行，但考虑到各行各区域机柜功率差异较大，可能会造成局部温度相对较高。

综上所述，该机房在现有装机量情况下，关闭二到三台空调作为备用均可行，但关闭三台空调情况下，个别区域机柜出风温度达到29℃，虽满足机房规范，但从安全性角度考虑，更建议四用两备供冷方式，既能满足机柜安全运行环境，又能节省冷量，降低能耗。

4 结论

（1）通过封闭无机柜处地板，解决了冷风短路问题，减少了冷量浪费，提高了冷量利用系数，改善了机房热环境，为机房设备安全运行提供了可靠保障。

（2）通过数值模拟提出了四用两备的供冷方式，在满足机房设备安全运行的前提下，降低了空调能耗，节省了运营成本，为同类型同规模的数据机房设计及运行提供了参考。

参考文献：

[1]刘觅颖，王继龙，杨冰.北京市数据中心用能现状及能耗管控途径研究[J].中外能源，201823（3）：77-83.

[2]钱晓栋，李震.数据中心空调系统节能研究[J].暖通空调，2012，42（3）：91-96.

[3]费祥麟.高等流体力学[M].西安：西安交通大学出版社，1989.