某数据中心机房精密空调运行参数优化

南京航空航天大学 中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司 张春朋

0 引言

对于数据中心IT设备运行，适宜的空气温湿度有利于IT设备散热，避免设备短路或静电问题的发生[1]。但对于数据中心投产初期，机架设备负载率较低，末端空调设备厂家运行参数设置不合理，常会导致冷通道湿度超标或温度超标等问题，严重影响IT传输设备运行安全，存在较大的传输设备宕机隐患。因此，为保证IT设备运行安全，需根据设备性能及布置环境，对数据中心末端空调运行参数进行测试，从而选择适合的空调运行参数，在更好地保证IT设备运行安全的同时达到节能目的。

1 空调运行参数选择及测试

本文以南京某大型数据中心1号机楼为研究对象，该机楼共5层，总设计机架3 063架，单机架设计功率7 kW,运营初期，机架负载率约13%，空调送/回风温度设定为20 ℃/32 ℃，且为维持机房正压，设置了新风系统。夏季室外湿度较大，未经除湿的高温高湿空气进入室内，遇到低温空气，导致机房冷通道相对湿度超标。因此，为解决湿度超标问题，保证机房IT设备运行安全，本文选取该机楼M202机房的不同微模块为测试对象，在同时段选择IT运行功率相当的微模块，分别设定不同的空调送回风温度及恒湿机湿度，观察该微模块内热湿环境，机房布局图及列间空调送回风模拟图见图1、2。

MOC-A～MOC-M 数据机房微模块

1.1 恒湿机湿度固定，设定不同空调送回风温度

图2 列间空调送回风模拟图

1.1.1固定空调回风温度，测试不同送风温度时机房热湿环境

当恒湿机设定相对湿度为50%时，以D、B、E 3个IT功率相近的微模块为一组，在同一回风设定温度30 ℃下，分别将送风温度设定为23、22、21 ℃，并记录IT冷通道相对湿度，具体运行参数见表1。

由表1可见，当送风温度为23 ℃、回风温度为30 ℃时，冷通道内湿度分布最均匀，但能耗最大。在环境系统报警记录中，D列空调瞬时送风温度超27 ℃故障报警较多。在其他温度设定情况下，送风温度报警则较少。E列虽然在运行中最节能，但相对湿度超80%比例较大，且冷通道湿环境分布不均匀。

表1 不同送风温度下冷通道温湿度

1.1.2固定空调送风温度，测试不同回风温度时机房热湿环境

当恒湿机设定相对湿度为50%时，以C、M、K 3个IT功率相近的微模块为一组，在同一送风设定温度22 ℃下，分别将回风温度设定为32、30、28 ℃并记录IT冷通道相对湿度，具体运行参数见表2。

表2 不同回风温度下冷通道温湿度记录

由表2可见：C模块空调功耗最低，但冷通道湿环境分布不均匀；K模块功耗较大，且冷通道相对湿度超70%比例较大；M模块当送风温度设定为22 ℃时、回风温度设定为30 ℃时，冷通道湿度分布最均匀，且通过表1发现送风温度设定为22 ℃时、回风温度设定为30 ℃时，冷通道湿环境最优。因此初选末端空调运行参数为送风22 ℃、回风30 ℃。

通过表1、2发现，在回风设定温度固定时，提高送风设定温度，末端空调能耗增加，究其原因为该款精密空调通过回风设定温度控制风机转速，通过送风设定温度控制水阀开度，当送风温度提高后，热通道温度自然上升，导致热通道回风温度与设定回风温度差值变大，从而风机功耗加大。

在送风设定温度固定时，提高回风设定温度，末端空调能耗降低，究其原因为热通道温度一致时，热通道回风温度与设定回风温度温差越小越节能。

1.2 相同空调运行参数下，设定不同恒湿机运行参数

结合表1、2，现针对送风温度22 ℃、回风温度30 ℃时，以B、M列微模块为测试对象，将恒湿机相对湿度分别设定为50%与45%时，微模块内空调运行参数如表3所示。

表3 不同恒湿机运行参数下冷通道温湿度记录

由表3可知，在同一送回风设定温度下，恒湿机相对湿度设定为45%时，相对于50%，微模块空调送风相对湿度更低、冷通道内相对湿度更低。考虑恒湿机监测温湿度实为热通道温湿度，因此，为保证冷通道相对湿度，应结合冷通道温度设定适宜的恒湿机运行参数。综上，建议将该机楼精密空调送风温度设定为22 ℃，风机回风温度设定为30 ℃，恒湿机相对湿度设定在30%～45%区间内。

2 空调运行参数应用前后相关数据对比

将以上空调运行参数应用于整栋机楼后，微模块高湿报警频次大幅度下降，调整前每周冷通道湿度报警数为1 424条，送风温度过高报警1 966条。调整后冷通道湿度报警数为108条，报警总数下降约92.4%；每周送风温度过高报警69条，下降约96.5%，调节效果明显。将调整前后空调运行功率进行对比发现，单台空调末端功率由189 W降至150 W，调整后具有明显节能效果，单台空调节能率达20.6%[2]。更改前后空调运行平均功率对比如表4所示。

该数据园区连同二期在建工程，预计末端空调数量约可达5 000台，按每台节能0.038 6 kW计算，每年预计可节约电量166.752万kW·h，可节约电费100.051 2万元。

表4 更改前后空调运行平均功率对比

3 结语

对于IT低负载工况时，可以通过加装机柜盲板，结合调整末端空调和恒湿机运行参数，使冷通道湿热环境均匀分布[3]，并在节能运行基础上解决冷通道湿度过低问题。随着机房楼负载的逐渐增加，热通道温度会逐渐上升，为减少风机PID(比例-积分-微分)调节差值，降低风机运行频率，可以通过提高精密空调回风温度，并设定末端空调水阀最低开度，使冷通道温湿度保持稳定的前提下，降低末端空调运行功耗，同时保证冷通道稳定的热湿环境。