数据机房空调节能探索

杨宇文 董聪聪 周利军 高 萌

中国移动通信集团设计院有限公司

1 引言

由于我国互联网的快速发展，使得网络传输的整体效率以及数据传送量得到了质的提升，并且众多互联网型企业以互联网作为生存的基石，同时将大量的数据储存于服务器中，而数据机房在投入使用过程中将会产生大量的散热，并且散热的效果也将给设备性能产生较大影响；当部分设备的局部区域温度过高时，也会导致部分元器件出现被损毁的情况，所以确保数据机房空调安全、高效、稳定的运行是不可或缺的。

2 案例概述

目前，各类新技术正朝着节能、环保、高效的方向发展，而数据机房的风冷空调，也正在被水冷空调逐步替代，所以，四川移动在双流区也采用了水冷空调。水冷空调与风冷技术相比而言，前者耗能仅为后者的12.5%，因此水冷空调在正常运作的过程中，冷机设备的每小时仅耗电1.1 度。此外，新型末端节能型水冷空调拥有封闭式的金属外壳，因此，其具有防潮、散热、低温等方面的优点，同时其也具有更低的维护成本，同时具备更强的散热性能，这对于减少能源消耗、提高设备工作效率有着重要的积极作用；由于水冷空调采用了电脑式控制系统，这样也可以使湿帘等零件的使用寿命能够得到延长，从而有效减少了工作人员的维护工作量。四川移动在双流区采用的水冷式空调，并以此实现了节能、高效、环保的“绿色运作”。

3 数据机房空调冷暖设计原则

在进行数据机房冷暖设计的过程中，还应当遵守经济性原则以及先进性原则。由于数据机房处于24小时运作的状态，因此其在使用的过程中，不仅会投入大量的设备成本，同时也会消耗大量的能源并排放出大量的热量。因此，在进行数据机房控制能源设计的过程中，必然需要考虑经济方面的原则，这样才能有效降低建设成本以及维护与营运成本。此外，在进行设计的过程中，还需要充分考虑到先进性的原则，这样才能确保数据机房能够适应未来发展的需要。

3.1 经济性原则

在进行数据机房空调冷暖设计的过程中应当遵循经济性原则，这样可以给建设企业降低更多的成本。数据机房必须安装合理数量的精密空调，这样才能达到对室内温度以及风速的控制，但是在进行设备采购的过程中，还需要考虑设备本身的性价比，这样能够有效减少了设备采购方面的成本。此外，在数据机房空调设计的过程中，需要在充分考虑到设备数量、外形尺寸和布置方式的基础上对建设成本进行合理控制，以此来实现减少投入的目的

3.2 先进性原则

由于数据机房有大量的运作设备，并且在其在工作的过程中，将会释放大量的热量，而空气的温度、湿度、清洁度等都会对设备的工作状态产生长期性影响。因此，在采购空调设备的过程中，需要选择具备网络控制、高效过滤的精密空调，这样便能够充分满足机房对于散热方面的要求。新型精密空调可以利用远程网络进行网络监控，并对其工作的模式进行调整，这样便能根据环境的实际情况及时调整温度或送风量等。

4 数据机房及空调冷通设计

为了确保数据机房能够处于稳定的工作状态，还需要对其内部进行合理的设计，而在数据机房空调设计的时候，需要考虑以下几方面的因素：（1）建设地选址。（2）设备的布置。(3)冷暖通道分离与合理组织气流。（4）机房环境区域划分与精确冷热负荷管理。

4.1 机房的选址

四川移动在进行数据机房选址的过程中，需要对数据中心的选址进行考虑，这样才能够确保数据机房能够更加高效地运作。通过充分的考虑后选择了双流区，因为该区域拥有充足的便捷的交通以及充足的电力保障；在交通方面，双流区拥有成都地铁10号线、地铁3号线以及地铁1号线，并且境内拥有绕城高速、第二绕城高速、机场高速等7条高速，同时还拥有成温邛快速路、成新蒲快速路、环机场快速路等12条快速通道；在电力方面，双流区域拥有九江发、擦耳等发电站，所以，双流数据机房也拥有充足的电力保障；由于双流区域范围较大，并且该区域内大面积的土地并未得到开发利用，同时也未存在大量的化学工厂以及施工项目，因此，该区域内的环境质量较高，并且不存在有害气体、油尘以及粉尘等物质，这也有效避免了数据机房受到其他污染物的侵蚀。在数据机房设计的过程中，充分考虑其对周围居民产生的影响，因此在选址的过程中，也并未选择在商业区或住宅小区，这样便能充分确保机房的选址符合GB 5017—2017《数据中心设计规范》。在双流区数据分机房选址完成后，对该区域内的环境状况进行测定，了解到其每立方米空气中粒径大于等于0.5μ 的悬浮粒子数量＜1760000(粒)，工频磁场场强＜30A/m，绝缘体的静电电压绝对值＜500mm/s2；所以，在结合实际环境测量的数据基础上，充分证实了双流机房选址的合规性以及正确性。

4.2 设备的布置

在进行设计的过程中，为了满足散热、维护、安装以及维护的需要，还需要对一个设备进行间距控制。在双流数据机房设计的过程中，各设备间的通道净宽度约为1.7m，而背对背布置的机柜背面间距离设计在1.2m，面对面布置的机柜正面间的距离在1.2m；此外，为了能够让主机房内部空间处于合理的布置状态，还设计了超过7m 长的通道，这样可以实现对排列机柜空间上的连接，因此，该区域内的机房符合当前通信的发展需要。

4.3 冷暖通道分离与组织气流

在送风方式设计的过程中，需要充分考虑到气流的组织形式以及冷暖通道，若气流形式选择不当且冷暖通道存在问题，则会导致远离空调区域的冷热气流无法形成内循环，这样也就使得局部区域出现了温度过高或过低。为了避免此种情况的发生，需要设计冷通道并利用强制送风的方式，从而达到对冷热通道的有效分离；当室内空间形成气流循环后，便能够达到及时散热、降温的效果。在对双流区数据机房气流进行组织的过程中，通过对设备布置方式、室内风速以及设备散热量等进行了综合的分析，同时对主机房气体组织进行了反复的模拟以及验证，最终选择了下送风上回风的形式，并且在送风口安装了散流器以及带扩散板风口，而下送风送风口应该采用开孔率不小于50%的地板。回风口安装了网板风口以及百叶风口，这样可以实现对气流的合理组织。此外，在进行冷暖通道分离以及气体组织的过程中，还对送风口的温差进行了合理控制，并将其温度控制在高于室内空气露点温度8℃～15℃。

4.4 机房环境区域划分与冷热负荷管理

数据机房中的设备主要包括存储器、通信区、服务器群、网络交换机等，而在不同的功能分区中，其设备产生的热量，也存在着较大的差异，这就需要根据机房的实际情况对冷热负荷进行合理管理；通过在高发热区增加开孔地板的数量，这样便可以根据设备的散热量，从而对降温的效果进行调整，以此确保冷热负荷能够得到精确管理；由于服务器的分布密度不断提升以及刀片式服务器的出现，使得局部区域会出现温度过高的问题，而为了能够对局部热点温度进行降低，则需要对其冷热负荷进行管理；通常情况下，可以利用空调自身的辅助空调模块（ADU），并配合使用送风管道与轴流风机，从而对送风量、温度、风速、风向进行调整，并针对服务器机柜的高温区域，开展具有针对性且集中的降温处理，这样便能够达到对局部热点的温度控制。

5 节能探索与设计

在对数据机房空调建设的过程中，应当进行节能方面的探索与设计，这样可以实现节约成本、节能以及环保的目标。大型水冷数据机房与风冷数据机房相比而言，其总体能耗将会更低，同时其工作效率也会更高，而存在此类差距的主要原因在于大型水冷数据机房技术更加先进，例如：热管技术便开始广泛应用于大型水冷数据机房的空调末端，而该项技术能够实现节能的目的；以空调系统送风量的30%进行计算，若利用了分体热虹吸热管冷热回收装置，那么其将会使得空调系统的整体能耗降低7%左右，并且当冷热气流温差≥3℃时，便可以达到对能量的回收。四川移动双流区在数据机房建设的过程中，采用了水冷式的空调且充分应用了热管技术；在以室内温度22℃、相对湿度50%的工况基础上，其热管换热器效率约为98.1%，而辅助再热量减少了约19%，所以，四川移动双流区的数据分机房具有节能、环保、高效的优点。

6 结束语

综上所述，在电信市场拓展的过程中，为了能够进一步提高电信服务的质量，需要建设大量的数据机房来满足用户对于网络通信等方面的需求，而机房建设便需要大量的资金技术以及设备的支持。通过数据机房空调冷通设计和节能降耗探索，不仅能够满足每台设备对于散热的需求，还可以有效降低空调设备工作时的能耗，并以此促进我国社会的可持续发展。