气象数据中心小型化密闭冷通道系统的设计与实现

田晓龙 岑瑶

（内蒙古自治区气象信息中心 内蒙古自治区呼和浩特市 010010）

1 机房密闭冷通道系统背景

1.1 什么是数据中心机房密闭冷通道系统

密闭冷通道系统主要应用于数据中心机房，是一项应用于降低运行设备温度的技术，它能将机柜、设备与机房环境热气完全隔离，并将冷空气限制在机柜中，有效避免冷热空气混合、改善冷空气利用率、提高机房制冷效率和制冷效果。

1.2 气象数据中心密闭冷通道系统建设背景

气象数据中心机房普遍面临设备发热密度高，电力能耗大、机柜甚至机房空间不足等问题。一直以来、为了满足气象数据中心机房不断上升的散热要求，机房空调配备也持续地增加和更换，然而机房内部仍然存在局部热岛问题，气流组织紊乱，冷热气上下窜流，精密空调冷气得不到有效利用，数据中心能耗居高不下。针对下送风机房，气流走向为下送上回方式，送风方式为单台或多台空调采用地板下送风再通过地板风口送至机柜列间，因冷区为敞开形式，所以冷空气并不是全部经过设备，机柜上的设备得不到需求的冷量进行设备降温，整体的能耗PUE 值偏高，并且容易出现高温或局部过热现象，所以为降低能耗减少热点发生，需要将冷通道与热通道进行隔离。合理地使用密闭冷通道方案，可大大提升数据中心机房的散热能力，全面降低能耗，更能充分有效地使用机柜和机房空间。

1.3 机房冷热通道节能封闭系统实现方式

1.3.1 密闭冷通道系统原理

如图1所示，冷通道封闭系统是基于冷热空气分离有序流动的原理，冷空气由高架地板下吹出，进入密闭的冷池通道，机柜前端的设备吸入冷气，通过给设备降温后，形成热空气由机柜后端排出至热通道（送风走向：空调吹出冷风→静电地板→机柜前门（冷通道）→经过机柜→机柜后门（热通道）→机房顶部热风通道）。

热通道的气体迅速返回到空调回风口。热回风与冷量完全隔离。因此提高内部的冷气利用率，带走更多设备产生热量，降低设备温度。冷通道最大程度地利用空调送出的冷量和风量，与通讯设备的发热量进行交换，有效避免通讯设备出现高温或局部过热现象的发生，以降低空调无效部分的制冷功率，达到降耗节能，冷通道半封闭方式为在冷通道两端安装端门，冷通道顶部采取局部封闭或走线架安装时位置尽量占用冷通道顶部形成局部气流组档。冷通道全封闭方式为在冷通道两端安装端门，通道顶部采用模块化自动开启天窗全部封闭，发生火灾告警时与消防告警联动天窗自动打开。

1.3.2 冷热通道封闭系统技术要求

冷通道要求密封性能达到IP30，符合消防规范。采用“面对面、背靠背”的机柜摆放方式，符合IT 设备从正面进风、从后面排风的设计，将冷、热空气分区。消防天窗框架需保证通道内透光性，玻璃面积应不小于天窗的70%，顶盖框架采用专业磁力吸锁，每五个天窗安装烟感。冷通道采用与机房消防系统联合动作的方式解决冷通道内消防要求问题，顶部应具备消防联动自动翻开顶盖功能。

图1：密闭冷通道系统原理图

图2：内蒙古气象数据中心机房密闭冷通道系统模块示意图

图3：内蒙古气象数据中心机房密闭冷通道效果图

表1：内蒙古气象数据中心机房常规制冷系统实测温度和风速

表2：内蒙古气象数据中心机房冷通道系统实测温度和风速

2 气象数据中心机房密闭冷通道系统建设及应用分析

2.1 内蒙古气象数据中心机房密闭冷通道系统建设

2.1.1 制冷系统

选用艾默生空调，保证产品在高可靠性、灵活性、生命周期内节能、后期备件等方面具有明显的优势。空调为双系统双压缩机、下送风上回风方式、加湿功能、电加热、过滤净化达到A 级机房的要求(直径大于0.5m 的灰尘粒子浓度18000 粒/升)，正常制冷高性能区总功率为125KW 的设备。

2.1.2 动力系统

两组UPS 同时供电，每组供电电流最高可达32A，同时具有高可扩展性。一组机柜的设备吞吐量最高可达到3-4KW。

2.1.3 模块建设

内蒙古气象数据中心机房双排密封冷通道模块包括IT 柜、网络布线柜、电源列头柜、天窗、门、走线槽等部件组成，具体如图2所示。天窗采用平顶或斜面结构，两端控制天窗安装温湿度传感器、烟雾传感器、通道照明红外传感及预留消防喷头孔等，中间天窗可固定、可翻转。天窗需开启实现与通道内消防告警信号联动，在消防状态下电磁锁打开，旋转天窗在重力作用下自动打开，保证灭火气体进入密封冷通道。天窗开启后净高不小于2 米，不影响日常维护工作。

2.1.4 照明系统

冷通道配置节能照明系统，采用冷光源（LED）灯光设计，按需定点的进行照明控制。配备LED 白色工作照明灯，采用内嵌式安装工艺，与通道天窗一体化阵列布置，视觉效果明显。具体详见图3。

2.2 内蒙古气象数据中心机房密闭冷通道系统使用效果分析

由表1 和表2 可以看出，密闭冷通道系统可降低各机柜不同位置的温度达到3.9℃左右，同时常规制冷系统由于缺乏对内部风向很好的导流作用，机柜位置的风速基本减弱到0m/s，而密闭冷通道系统不同机柜位置的风速平均达到2.5m/s，这样可以极大地导流高性能设备高运转状态下产生的热量，使机柜各个位置的温度低于空调制冷温度4.5℃左右，这样可以使机柜获得充分的利用而不用担心局部温度过高的问题，提高数据中心空间使用率。

通过常规数据中心与冷通道数据中心进行空间对比，密闭冷通道系统机柜布局可节省机房空间14.8%，改造后空调压机工作强度获得极大地降低，经改造前后测试比较，空调全年节电量30%以上。

3 结束语

未来的气象数据是集约的，是整合的，气象机房的大数据中心，在满足海量数据存储要求的同时，更要兼顾环保、安全、节能的设计理念。依托密闭冷通道系统建设而成的模块化气象数据中心，可以极大的满足各方要求，系统在保持安全稳定的同时可缓解局部热点、提升设备吞吐量、降低损耗、冷量利用率更是可以提升30%以上。模块化气象数据中心既能满足传统气象业务的局部部署，也可以满足现代大规模海量业务的集中部署，这样的建设模式在未来会有更广泛的应用，将会不断助力促进气象产业的高度融合，推动产业的升级和变革。