淺談數據中心新風系統

摘 要：針對北方天氣的情況，采用新風系統與空調系統相結合的方式。充分利用自然界的免費冷源為機房降溫，降低空調系統的負荷，節省電力成本，提高數據中心效率。有巨大的經濟效益、社會效益和環境效益，同時對數據中心機房的制冷系統建設提供新的思路。

關鍵詞：節能減排;自然冷源;新風系統

一、前言

隨著全國數字電視的發展和普及，通信運營網絡的不斷發展，數據中心機房的集成化層度越來越高，功耗量越來越大，空調制冷系統的功耗也隨之增大。據調查，整個數據中心的功耗量，有40%是被空調系統所消耗。同時全球的碳排放量增大，環境污染嚴重，全球氣溫變暖的形勢加劇。目前國內機房的制冷系統還在以空調制冷為主，其機房的PUE（功率利用率）遠高于國際水平。我們要從空調系統節能方面入手，降低PUE，使之達到節能減排的目的。

二、機房空調節能的措施

目前機房節能主要有兩個方面的手段：一、充分利用自然冷源（免費制冷）;二、組織優化氣流。

（一）、充分利用自然冷源

自然冷源的利用有兩種方式： 1、直接利用自然冷源法。當室內溫度高于室外時，直接引入室外低溫空氣與機房內的熱空氣進行熱交換，為機房降溫。本法易于實現、成本最低，但帶來一部分的空氣凈化與加、除濕的成本。2、間接利用自然冷源法。通過某種隔熱換熱的媒介將自然冷源引入機房，室外冷空氣不直接進入機房，而是作為冷卻源將室內設備產生的熱冷交換帶走。被冷卻后的室內空氣再次被送回機房。

（二）、組織優化氣流。

組織優化氣流，主要方法是通過合理規劃機房設備分布和建筑結構優化，形成良好的空調送風效果。1、交替冷熱風道布局方式。冷熱風道的交替布局，將設備的前面設置為冷風道，后面設置為熱風道。冷風道送風進入進房，機柜后部設置熱風道用來回流熱風。同時在冷風道頂部設置冷風阻隔，方式冷風回流道熱風道，影響制冷效果。2、添加設備假板。當機柜內服務器部署不全時，冷風進入機柜后，會直接上升道機柜的頂部，造成制冷浪費。在為安裝設備的位置填充設備假板，促使冷風順暢的通過機柜，確保空調制冷效率。

三、直接利用自然冷卻法新風系統的設計要求

通過對直接利用自然冷卻法的分析，所設計的新風系統需要滿足一下幾方面的要求：

（一）進風降溫系統：直接將室外空氣的天然冷風進入機房，并且持續時間較長，需遠離空氣污染源，有清潔的室外空氣。在室內外溫差較大時，會使室內產生水氣冷凝結露。需要引入新風與回風混合，避免產生較大的溫差，同時滿足室內降溫的要求。當室內溫度較高時，需要室內制冷機組正常工作。

（二）過濾系統：在進風口出添加防水百葉窗，并且便于更換第一級粗效過濾器。較大的顆粒物過濾后的空氣要經過第二級中效過濾器，過濾掉化學有害氣體，再送往第三級過濾器。保證送入室內的新風在清潔度方面滿足對應等級機房的要求。

（三）合理的氣流組織：機房內部的氣流應與機柜之間合理流動，充分利用好進去室內的冷源，與室內熱量交換充足。同時，在新風冷卻系統中，回風需排到室外的同時還需要有一定比例的回風與室外新風混合。因此，回風系統、排風系統需要有良好的調度，防止回風倒流回機房。

（四）精度控制系統：直接利用自然冷卻需要對入回風量、溫濕度、室內氣壓等數據進行精確測控。可以根據測量的數值，對入 、回風閥門進行調整，控制送風溫濕度。確保機房內的環境滿足設計要求。

四、北方廣電丹東分公司機房采用新風系統的分析

（一）新風系統的節能能力

數據中心機房必須保證恒定溫度、恒定濕度的運行環境。機房內有源設備密集，發熱量較大，全年的靠機房專用空調系統制冷降溫，機房的PUE值在1.88。整個遼寧地區出于中國東北部，中緯度地帶，全年平均氣溫在8-9℃，具有豐富的自然免費冷源，通過新風系統將充沛的自然冷源通過適當的方式引入數據中心機房，實現為機房降溫的效果。所以利用室外免費的自然冷源與原有的空調系統相結合，具有非常大的節能能力和減少購電費用。

（二）原空調系統與新風系統的功耗對比

原機房采用的空調系統為3臺艾默生DME12MC2機房專用空調、1臺三菱FR121W空調和1臺新科KFRd-120空調組成的。年總能耗在172800千瓦時。安裝新風系統后的主要節能時間段為冬季和春秋兩季，綜合全年的平均節能量占全年能耗的37%。

從對比表中可以看出，采用新風系統與原空調系統相結合的方式，平均每月為數據中心機房節能5310千瓦時，按照每千瓦時0.64元計算，年節約成本約4萬元，19個月收回成本。因新風系統需要根據不同的過濾級別定期的更換過濾濾芯，全套設備全年的維護成本預計在4000元左右。雖然新風系統需要消耗一部分的維護費用，但對原有的空調系統的使用量大大降低，在空調的維護成本降低的同時，還延遲了空調的使用年限。

（三）新風與空調相結合的系統潛力分析

遼寧省是處在亞熱帶中緯度地區，有很好的自然冷源。對遼寧省主要城市的氣候情況統計如下：沈陽全年≤15℃時長，占全年61.1%;鞍山全年≤15℃時長，占全年59.8%;丹東全年≤15℃時長，占全年57.3%;大連全年≤15℃時長，占全年56.8%。

從遼寧省的室外氣溫統計表可以看出，我國北方地區的冬季與春秋季時間較長，小于15℃的小時數所在比例都在50%～60%之間，免費的自然冷源非常豐富，新風與空調相結合的系統值得推廣。

五、結束語

通信設施發展的如此迅速的時代，數據中心機房的節能減排具有非常的意義。通過新技術的推廣，充分利用大自然給與我們的免費冷源，在各種數據中心機房得到應用。同時，新風系統與原有的空調系統互為備份。當空調系統故障的時候，利用新風系統給機房室內降溫，避免因高溫導致的設備故障，影響正常通信。

參考文獻：

[1]高東媛.新風直接引入式數據中心空調輔助系統研究.河北工程大學.2013

[2]鄧軍.智能新風節能系統在通信機房中的應用.中國新通信.2019

[3]范軒.新風和空調系統應用于通信機房的能耗研究.流體機械.2015

作者簡介：

王海東（1983-）男，籍貫遼寧丹東人，漢族，現職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：從事有線電視網絡規劃建設與運行維護工作。