某數據中心機房精密空調運行參數優化

南京航空航天大學 中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司 張春朋

0 引言

對于數據中心IT設備運行，適宜的空氣溫濕度有利于IT設備散熱，避免設備短路或靜電問題的發生[1]。但對于數據中心投產初期，機架設備負載率較低，末端空調設備廠家運行參數設置不合理，常會導致冷通道濕度超標或溫度超標等問題，嚴重影響IT傳輸設備運行安全，存在較大的傳輸設備宕機隱患。因此，為保證IT設備運行安全，需根據設備性能及布置環境，對數據中心末端空調運行參數進行測試，從而選擇適合的空調運行參數，在更好地保證IT設備運行安全的同時達到節能目的。

1 空調運行參數選擇及測試

本文以南京某大型數據中心1號機樓為研究對象，該機樓共5層，總設計機架3 063架，單機架設計功率7 kW,運營初期，機架負載率約13%，空調送/回風溫度設定為20 ℃/32 ℃，且為維持機房正壓，設置了新風系統。夏季室外濕度較大，未經除濕的高溫高濕空氣進入室內，遇到低溫空氣，導致機房冷通道相對濕度超標。因此，為解決濕度超標問題，保證機房IT設備運行安全，本文選取該機樓M202機房的不同微模塊為測試對象，在同時段選擇IT運行功率相當的微模塊，分別設定不同的空調送回風溫度及恒濕機濕度，觀察該微模塊內熱濕環境，機房布局圖及列間空調送回風模擬圖見圖1、2。

MOC-A～MOC-M 數據機房微模塊

1.1 恒濕機濕度固定，設定不同空調送回風溫度

圖2 列間空調送回風模擬圖

1.1.1固定空調回風溫度，測試不同送風溫度時機房熱濕環境

當恒濕機設定相對濕度為50%時，以D、B、E 3個IT功率相近的微模塊為一組，在同一回風設定溫度30 ℃下，分別將送風溫度設定為23、22、21 ℃，并記錄IT冷通道相對濕度，具體運行參數見表1。

由表1可見，當送風溫度為23 ℃、回風溫度為30 ℃時，冷通道內濕度分布最均勻，但能耗最大。在環境系統報警記錄中，D列空調瞬時送風溫度超27 ℃故障報警較多。在其他溫度設定情況下，送風溫度報警則較少。E列雖然在運行中最節能，但相對濕度超80%比例較大，且冷通道濕環境分布不均勻。

表1 不同送風溫度下冷通道溫濕度

1.1.2固定空調送風溫度，測試不同回風溫度時機房熱濕環境

當恒濕機設定相對濕度為50%時，以C、M、K 3個IT功率相近的微模塊為一組，在同一送風設定溫度22 ℃下，分別將回風溫度設定為32、30、28 ℃并記錄IT冷通道相對濕度，具體運行參數見表2。

表2 不同回風溫度下冷通道溫濕度記錄

由表2可見：C模塊空調功耗最低，但冷通道濕環境分布不均勻；K模塊功耗較大，且冷通道相對濕度超70%比例較大；M模塊當送風溫度設定為22 ℃時、回風溫度設定為30 ℃時，冷通道濕度分布最均勻，且通過表1發現送風溫度設定為22 ℃時、回風溫度設定為30 ℃時，冷通道濕環境最優。因此初選末端空調運行參數為送風22 ℃、回風30 ℃。

通過表1、2發現，在回風設定溫度固定時，提高送風設定溫度，末端空調能耗增加，究其原因為該款精密空調通過回風設定溫度控制風機轉速，通過送風設定溫度控制水閥開度，當送風溫度提高后，熱通道溫度自然上升，導致熱通道回風溫度與設定回風溫度差值變大，從而風機功耗加大。

在送風設定溫度固定時，提高回風設定溫度，末端空調能耗降低，究其原因為熱通道溫度一致時，熱通道回風溫度與設定回風溫度溫差越小越節能。

1.2 相同空調運行參數下，設定不同恒濕機運行參數

結合表1、2，現針對送風溫度22 ℃、回風溫度30 ℃時，以B、M列微模塊為測試對象，將恒濕機相對濕度分別設定為50%與45%時，微模塊內空調運行參數如表3所示。

表3 不同恒濕機運行參數下冷通道溫濕度記錄

由表3可知，在同一送回風設定溫度下，恒濕機相對濕度設定為45%時，相對于50%，微模塊空調送風相對濕度更低、冷通道內相對濕度更低。考慮恒濕機監測溫濕度實為熱通道溫濕度，因此，為保證冷通道相對濕度，應結合冷通道溫度設定適宜的恒濕機運行參數。綜上，建議將該機樓精密空調送風溫度設定為22 ℃，風機回風溫度設定為30 ℃，恒濕機相對濕度設定在30%～45%區間內。

2 空調運行參數應用前后相關數據對比

將以上空調運行參數應用于整棟機樓后，微模塊高濕報警頻次大幅度下降，調整前每周冷通道濕度報警數為1 424條，送風溫度過高報警1 966條。調整后冷通道濕度報警數為108條，報警總數下降約92.4%；每周送風溫度過高報警69條，下降約96.5%，調節效果明顯。將調整前后空調運行功率進行對比發現，單臺空調末端功率由189 W降至150 W，調整后具有明顯節能效果，單臺空調節能率達20.6%[2]。更改前后空調運行平均功率對比如表4所示。

該數據園區連同二期在建工程，預計末端空調數量約可達5 000臺，按每臺節能0.038 6 kW計算，每年預計可節約電量166.752萬kW·h，可節約電費100.051 2萬元。

表4 更改前后空調運行平均功率對比

3 結語

對于IT低負載工況時，可以通過加裝機柜盲板，結合調整末端空調和恒濕機運行參數，使冷通道濕熱環境均勻分布[3]，并在節能運行基礎上解決冷通道濕度過低問題。隨著機房樓負載的逐漸增加，熱通道溫度會逐漸上升，為減少風機PID(比例-積分-微分)調節差值，降低風機運行頻率，可以通過提高精密空調回風溫度，并設定末端空調水閥最低開度，使冷通道溫濕度保持穩定的前提下，降低末端空調運行功耗，同時保證冷通道穩定的熱濕環境。