李 永

身份證號(hào)碼：130923198406027019

數(shù)據(jù)通信機(jī)房的熱環(huán)境研究

李 永

身份證號(hào)碼：130923198406027019

數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境是保障服務(wù)器等通信設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命的基礎(chǔ)。其中，合理評(píng)價(jià)局部過(guò)熱現(xiàn)象對(duì)降低空調(diào)系統(tǒng)能耗比有重要意義。本文在回顧現(xiàn)有的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境評(píng)價(jià)的指標(biāo)基礎(chǔ)上提出局部過(guò)熱指數(shù)，并通過(guò)建立一個(gè)典型數(shù)據(jù)中心模型進(jìn)行數(shù)值模擬，與現(xiàn)有指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，得出局部過(guò)熱指數(shù)對(duì)體現(xiàn)機(jī)房熱環(huán)境及機(jī)架的局部熱點(diǎn)方面更有優(yōu)勢(shì)，更好對(duì)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造提出優(yōu)化建議。

數(shù)據(jù)中心；熱環(huán)境；局部過(guò)熱指數(shù)

通信業(yè)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)匯集了大量通信設(shè)備，設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增加，機(jī)房耗能巨大。傳統(tǒng)機(jī)房由于建設(shè)初期的設(shè)計(jì)局限性﹑后期高能耗設(shè)備的不斷增加等客觀原因，最終導(dǎo)致機(jī)房出現(xiàn)耗能不平衡，形成局部熱島現(xiàn)象，溫度分布嚴(yán)重不均勻，部分機(jī)柜過(guò)熱，部分機(jī)柜過(guò)冷，在形成機(jī)房局部熱島的同時(shí)又造成制冷量的浪費(fèi)。同時(shí)由于不同類型傳統(tǒng)機(jī)房結(jié)構(gòu)﹑設(shè)備分布﹑空調(diào)擺放位置等因素的影響，相對(duì)于新建機(jī)房而言，傳統(tǒng)機(jī)房更容易形成局部熱島現(xiàn)象。

1 通信機(jī)房熱島問(wèn)題與節(jié)能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)行大多通信機(jī)房中都注重做好空調(diào)設(shè)計(jì)工作，如將下送風(fēng)機(jī)柜帶引入如IDC等機(jī)房中，有利于通信機(jī)房環(huán)境的改善，其中存在的熱島問(wèn)題可得到解決。同時(shí)，這種空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)方式也可使機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的溫度保持均衡，避免設(shè)備溫度過(guò)高而影響其自身性能。然而從當(dāng)前大多通信機(jī)房建設(shè)現(xiàn)狀看，在空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中仍以上送風(fēng)方式為主，其主要對(duì)風(fēng)量按列進(jìn)行布置如中央柜式空調(diào)﹑精密空調(diào)等。這種送風(fēng)方式下，便可能因機(jī)房?jī)?nèi)存在不均勻發(fā)熱情況，而造成局部過(guò)熱或過(guò)冷，假若對(duì)此將回風(fēng)溫度控制形式引入系統(tǒng)中，其要求在系統(tǒng)發(fā)熱量較小位置進(jìn)行機(jī)組安裝，這樣在機(jī)組感測(cè)溫度后不再供冷送風(fēng)，將會(huì)使熱島問(wèn)題更為明顯。假若在設(shè)計(jì)過(guò)程中選取的位置以發(fā)熱量大部位為主，很可能使熱量較小位置出現(xiàn)過(guò)冷問(wèn)題，機(jī)組在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生能源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，無(wú)論從熱島問(wèn)題看還是機(jī)組運(yùn)行耗能問(wèn)題，現(xiàn)行空調(diào)設(shè)計(jì)方式都極不合理，要求做好改造設(shè)計(jì)工作。

2 機(jī)房過(guò)熱的原因

隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和規(guī)模都在不斷增長(zhǎng)。服務(wù)器等通信設(shè)備的高集成化也促使數(shù)據(jù)中心往高密度方向發(fā)展。高密度的數(shù)據(jù)中心勢(shì)必會(huì)帶來(lái)高能耗，其中空調(diào)系統(tǒng)能耗約占總能耗的40%，空調(diào)系統(tǒng)所占能耗比較高的主要原因是為了避免設(shè)備工作區(qū)出現(xiàn)局部熱點(diǎn)的現(xiàn)象的發(fā)生，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作效率下降，使用壽命縮短。為了有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，需對(duì)機(jī)房的熱環(huán)境，尤其是對(duì)局部熱點(diǎn)現(xiàn)象進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)出現(xiàn)局部熱點(diǎn)問(wèn)題的原因有很多，主要可以分為以下兩方面：一是由于機(jī)房空間限制，服務(wù)器數(shù)量和功率不斷增加，單位面積的發(fā)熱量增加，導(dǎo)致機(jī)架內(nèi)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原本服務(wù)器等設(shè)備可以承受的范圍;而是送風(fēng)溫度和速度﹑送回風(fēng)的布局等均會(huì)影響機(jī)房的熱環(huán)境，不合理的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)影響機(jī)房的氣流組織，產(chǎn)生熱氣流再循環(huán)現(xiàn)象，導(dǎo)致局部熱點(diǎn)。為了分析評(píng)價(jià)局部熱點(diǎn)現(xiàn)象，通常以機(jī)架的進(jìn)風(fēng)溫度和排風(fēng)溫度的差異為參考值，如何客觀描述此差異成為分析機(jī)房局部過(guò)熱現(xiàn)象的關(guān)鍵。

3 通風(fēng)管道過(guò)熱解決方案

3.1 二次靜壓特點(diǎn)

靜壓箱是送風(fēng)系統(tǒng)減少動(dòng)壓，增加靜壓﹑穩(wěn)定氣流和減少氣流振動(dòng)的一種必要的配件，它可以使送風(fēng)效果更佳理想。二次靜壓的特點(diǎn)：(1)可以把部分動(dòng)壓變?yōu)殪o壓使風(fēng)吹的更遠(yuǎn)；(2)可以降低噪聲，同時(shí)使風(fēng)量均勻分配；(3)進(jìn)一步減少動(dòng)壓損失，防止氣流在機(jī)柜頂部混合；(4)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定量的輸送冷氣，改善了機(jī)房?jī)?nèi)氣流組織的分布；(5)顛覆了傳統(tǒng)的送風(fēng)觀念，做到先冷設(shè)備后冷環(huán)境。

3.2 二次靜壓實(shí)現(xiàn)方式

傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)的送風(fēng)方式有風(fēng)管上送風(fēng)﹑風(fēng)帽上送風(fēng)以及地板下送風(fēng)三大類的上送下回﹑上送側(cè)回以及下送上回式。在實(shí)際的改造項(xiàng)目中，針對(duì)傳統(tǒng)的風(fēng)管送風(fēng)方式，風(fēng)管離機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口距離過(guò)高，風(fēng)壓不足，冷空氣無(wú)法完全直接給機(jī)柜供冷，在保證送風(fēng)管道正常送風(fēng)的情況下重新添加支風(fēng)管，安裝二次靜壓箱，將空調(diào)原有由送風(fēng)管道送出的風(fēng)量引入二次靜壓箱，再送至每個(gè)機(jī)柜內(nèi)部，冷卻機(jī)柜，隔離冷熱通道，提高冷氣的利用率，以到達(dá)更好的制冷效果。機(jī)柜前部安裝送風(fēng)倉(cāng)及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，按照機(jī)柜實(shí)際需求調(diào)節(jié)風(fēng)量，針對(duì)不同散熱量的機(jī)柜實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量送風(fēng)，避免局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)。

3.3 變風(fēng)量空調(diào)構(gòu)成與控制方式的實(shí)現(xiàn)

從變風(fēng)量空調(diào)構(gòu)成上看，其主要以房間溫控器﹑室內(nèi)風(fēng)口﹑空調(diào)箱﹑送風(fēng)﹑新風(fēng)以及空氣處理等構(gòu)件為主，以其中空調(diào)箱為關(guān)鍵，是整個(gè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)綜合性能發(fā)揮的關(guān)鍵。而從其控制形式上看，其主要體現(xiàn)在總風(fēng)量﹑變靜壓以及定靜壓等方面。從總風(fēng)量控制上看，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行總風(fēng)量進(jìn)行抓取，且在此基礎(chǔ)上完成最佳需求風(fēng)量的尋找，并對(duì)需求總風(fēng)量進(jìn)行判斷，最終由變頻器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)量的整體控制，整個(gè)室內(nèi)溫度環(huán)境都保持最為適宜。而在變靜壓方式上，其側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)末端閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行有效控制，現(xiàn)行大多VAV系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，多以90%左右閥門(mén)開(kāi)度作為標(biāo)準(zhǔn)，確保閥位相應(yīng)信號(hào)被接收后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成風(fēng)量的調(diào)節(jié)。另外，在定靜壓法控制方式上，其原理主要表現(xiàn)在將靜壓傳感器設(shè)置于送風(fēng)管位置，在靜壓值恒定的條件下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)可完成送風(fēng)量的控制工作。

傳統(tǒng)機(jī)房結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，可根據(jù)機(jī)房的實(shí)際情況采用具體的氣流組織改造方案，也可以采用幾種方式相結(jié)合的氣流組織方案解決局部熱島的問(wèn)題。如：在某傳統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)的標(biāo)準(zhǔn)柜區(qū)域采用二次靜壓方式，而在非標(biāo)準(zhǔn)柜區(qū)域采用冷池密閉相結(jié)合的方式，最終達(dá)到在機(jī)房安全運(yùn)行的前提下有效解決傳統(tǒng)機(jī)房的熱島問(wèn)題。

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