某數據機房熱環境改善及節能措施研究

王劍平

摘? 要：該數據機房空調能耗高、熱環境較差，通過數值模擬，分析對比了不同方案下機房熱環境的變化情況，得到了改善機房熱環境方案及機房節能措施，為同類型數據機房的空調設計及運行方式提供了參考依據。

關鍵詞：數據機房;熱環境;數值模擬;節能

中圖分類號：TU831.3 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著移動互聯網的發展與大數據時代的到來，數據機房的數量持續增長，能耗越來越高。以北京為例，預計到2020年，數據機房能耗將達到117×108kW·h，比2015年增加75%[1]。根據資料顯示，空調系統能耗大約占數據機房總能耗的40%[2]，而機房溫度過高會造成嚴重的經濟損失，因此優化空調系統來改善機房的熱環境并降低能耗具有重要意義。

1 項目基本情況

本文研究的機房長25m，寬18m，總面積約為450m2。本機房氣流組織形式為下送上回。機房設置6個水冷風柜（額定制冷量為152kW，額定風量為30300m3/h）。機柜的降溫采用精確送風，冷風經架空地板，由機柜下方鏤空的風口進入機柜，經過熱交換帶走設備熱量后再由熱通道回到空調回風口完成一個循環。根據運維人員反映，該機房空調能耗高，冷熱不均，需對機房進行優化。

2 機房熱環境模擬

優化方案一：機房中共有10塊靜電地板被掀開，導致冷風短路，降低了冷量的利用率。故本方案將模擬無機柜處地板封閉后，機房的熱環境變化;

優化方案二：6臺風柜溫度設定不一致（如表1），在封閉地板的基礎上，統一將送風溫度設定為16.5℃，并模擬機房熱環境變化。

由圖2可知，封閉無機柜處地板前機房冷熱不均，出現熱點，并有大面積冷量浪費。地板封閉之后，冷量無泄漏，機房整體溫度基本均勻且無熱點區域，故方案一有效解決了冷風短路問題，并消除了局部熱點。在封閉地板的基礎上，設定每臺風柜送風溫度一致，機房溫度更加平均，方案二提高了機房溫度分布的均勻性，為設備安全運行提供了可靠保障。

冷量利用系數在一定程度上可以表征機房熱環境，通過計算（如圖3），地板封閉后機房空調冷量利用系數有不同程度的提高，提高幅度為0.22～0.55。送風溫度優化后機房空調冷量利用系數也有不同程度的提高，提高幅度為0.02～0.48。空調冷量利用系數越高，經濟性也越高。通過優化，冷量利用系數整體提高了約25%，方案二有效可行。

3 空調運行臺數優化

本機房內共配置6臺風柜，設計為5用1備，運維人員為保證設備安全，將機房6臺風柜全部開啟，造成冷量浪費，能耗較高。本節將對空調運行臺數進行模擬優化，在保證設備安全運行的前提下，降低空調能耗。

（1）關閉其中兩臺室內風柜作為備用，采用4+2形式送風，進行熱環境預測，結果如下：

由圖4，關閉兩臺風柜，將剩余空調送風參數設定一致時，機房整體熱環境分布基本一致，機房整體溫度約為23℃，且溫度最高區域不超過28℃，機房回風溫度不超過26℃。說明，在4用2備情況下，機房制冷量遠高于機房設備，滿足機房熱環境規范。對比可知，不同關機方案的截面平均溫度相差小于0.5℃，溫度最高區域溫度相差小于1℃，可見地板靜壓箱起到了很好的分流作用，將冷風較為均勻的送到了各個區域，從氣流組織方面考慮，該機房在今后運行中可以關閉任意兩臺空調作為備用。

（2）關閉其中三臺風柜作為備用，采用3+3形式送風，進行熱環境預測，結果如下：

由圖5，當所有空調送風參數設定一致時，關閉其中三臺空調，機房整體熱環境比上一方案溫度要高，該截面平均溫度23.6℃，溫度最高區域在機房上部，機柜出風溫度約為29℃，機房回風溫度不超過26℃，但6#空調附近溫度偏高，約為25℃-27℃，當前機房裝機量情況下三用三備方式制冷可行，但考慮到各行各區域機柜功率差異較大，可能會造成局部溫度相對較高。

綜上所述，該機房在現有裝機量情況下，關閉二到三臺空調作為備用均可行，但關閉三臺空調情況下，個別區域機柜出風溫度達到29℃，雖滿足機房規范，但從安全性角度考慮，更建議四用兩備供冷方式，既能滿足機柜安全運行環境，又能節省冷量，降低能耗。

4 結論

（1）通過封閉無機柜處地板，解決了冷風短路問題，減少了冷量浪費，提高了冷量利用系數，改善了機房熱環境，為機房設備安全運行提供了可靠保障。

（2）通過數值模擬提出了四用兩備的供冷方式，在滿足機房設備安全運行的前提下，降低了空調能耗，節省了運營成本，為同類型同規模的數據機房設計及運行提供了參考。

參考文獻：

[1]劉覓穎，王繼龍，楊冰.北京市數據中心用能現狀及能耗管控途徑研究[J].中外能源，201823（3）：77-83.

[2]錢曉棟，李震.數據中心空調系統節能研究[J].暖通空調，2012，42（3）：91-96.

[3]費祥麟.高等流體力學[M].西安：西安交通大學出版社，1989.