一、冷卻成為數(shù)據(jù)中心最有價值計劃

隨著電子信息系統(tǒng)機房IT設備高度的集成化，其能源效率偏差以及機房散熱量日漸趨高的現(xiàn)象開始受到了各界強烈關注。

據(jù)權威部門統(tǒng)計，我國高端服務器集中的通信行業(yè)耗電在2007年就已達到200億度以上，信息產業(yè)儼然已經成為一個高能耗行業(yè)。而服務器又是現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心機房的核心，并且24小時運行。以我國服務器保有量為200萬臺，按每臺服務器平均功耗400瓦，每年的耗電總量約為80億千瓦時。

根據(jù)中國電信節(jié)能技術藍皮書所載， 一般機房內芯片級主設備1 W 的功耗會導致總體耗電量達到2.68-2.84W，而其中機房空調冷卻系統(tǒng)的耗電量約占機房總能耗的40%。由綠色網(wǎng)格組織（Green Grid）所提出的電力效率指標P U E 數(shù)值（ Power Usage Effectiveness）是通過計算機房的總能耗與所有IT主設備能耗的比值而得出的。故可估算上述機房的PUE值至少為2.68-2.84。由此推算，我國數(shù)據(jù)中心機房消耗到空調冷卻系統(tǒng)的能量至少為84億千瓦時。這也就意味著為服務器提供冷卻的機房空調系統(tǒng)能耗大約能達到我國空調設備每年總能耗1/4！

據(jù)稱：Google公司的數(shù)據(jù)中心PUE年平均值可以達到1.21，中國Hp的新一代數(shù)據(jù)中心體驗中心機房夏季PUE值可以達到1.6-1.7。這一指標如何實現(xiàn)？

據(jù)美國電力轉換公司APC最近的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心的冷卻成本大約占總能源賬單的50%。而國際組織Uptime Institute指出，由于數(shù)據(jù)中心機房內氣流不適當，用于冷卻的冷空氣有60%都浪費了；數(shù)據(jù)中心的過度冷卻（overcooling）差不多達到實際需求的2倍，目前多數(shù)機房存在過度冷卻問題，相應的機房空調機組耗能也比設計工況增加耗電50%以上，最終造成機房居高不下的高額運行費用。

故此——優(yōu)化數(shù)據(jù)中心冷卻是排在第一位的最有價值的綠色計劃！

二、數(shù)據(jù)中心高效節(jié)能冷卻解決方案

由于現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)機房中的空調負荷主要來自于計算機主機設備、外部輔助設備的發(fā)熱量，其大約占到機房空調總負荷的80~97%；而在服務器、存儲、網(wǎng)絡等主設備中服務器的份額又大約占到設備散熱量的80%。所以隨著服務器集成密度的持續(xù)增高，服務器機柜設備區(qū)就成為了機房內主要的熱島區(qū)域。從機房基礎架構而言，國家標準《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》GB 50174-2008規(guī)定：“當機柜或機架高度大于1.8m、設備熱密度大、設備發(fā)熱量大的電子信息系統(tǒng)機房宜采用下送風空調系統(tǒng)。”而下送風空調系統(tǒng)是將抗靜電活動地板下空間作為空調系統(tǒng)的送風靜壓箱，空調機組由通風地板向機柜、設備等熱負荷送風?？墒菣C房內空調冷卻系統(tǒng)的送風按照流體力學伯努利原理所陳述的氣流特性——“風速大的壓力小”表明，受此特性制約的空氣流會呈現(xiàn)靠近空調機組的通風地板出風量較?。挥钟捎跈C房空調系統(tǒng)的靠近空調機組的前部通風地板已然輸送出了一定的風量，后部的通風地板的送風量即會顯現(xiàn)有所減少；而到了地板末端又相反；又因為現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心機房面積為了規(guī)模效應而愈建越大，一般安置的機房空調機組的方式是長距離的氣流對吹，由此會出現(xiàn)在抗靜電地板下產生風壓相抵、通風地板送風量減小的現(xiàn)象。

從以上分析可見將抗靜電活動地板作為空調系統(tǒng)送風靜壓箱進行設計時，其參數(shù)選定的誤差可能會很大，這必將導致機房投入運行時主設備運行的安全性、可靠性及機房整體能耗表現(xiàn)得差強人意。

現(xiàn)代機房在設計空調冷卻系統(tǒng)的送風氣流時一般是參照設備發(fā)熱量、機柜前后溫差，以及地板高度和地板下有效斷面積等因素，再按照空調機組送氣量的30-40%來計算通風地板開口面積；并且規(guī)定用于機柜冷卻的送風口必須能夠提供大于機柜冷卻所需的風量。理想狀態(tài)下機房內活動地板下的送風風壓按照送風靜壓箱的設計模式姑且認定均勻風壓為20Pa左右；機房通風地板送風風速按照國家標準要求取值3m/s；在實際應用中選用通風率（通風量）高達25%的通風地板，則當處于理想流體狀態(tài)下的單個通風地板理論上可以供應的最大送風量約為500立方英尺/分鐘（849.45m3/h）或是其能提供約3.125kw的制冷量。而現(xiàn)實運行中的機房通風地板最好的送風風速也就是1.5m/s；這就嚴重影響了空調系統(tǒng)的冷卻效果，使機房空調、以致整個機房的能效偏低。

由于現(xiàn)在機房服務器類負荷的最高散熱量近年來已攀升至每機柜20KW以上；而原有地板下送風機房精密空調系統(tǒng)理想送風狀況下的機房單位面積最大供冷量為4KW/㎡（更大供冷量所配置的空調機組送風量也相應增大，其送風風壓足以把地板給吹起來），已無法滿足其需求；并直接制約著高集成度IT設備在電子信息系統(tǒng)機房行業(yè)內的推廣應用。

另外，現(xiàn)在IT行業(yè)服務器應用中普遍存在利用率低下的現(xiàn)象，從而引致現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心機房諸多能效問題。故IT行業(yè)多是采用虛擬化技術來整合服務器和存儲設備，以圖機房PUE值得以降低。但是如果IT部門對其服務器和存儲進行了虛擬化，將IT電力消耗減少了以后，事實上很可能會產生更加不利的電力使用效率。譬如將機房內部分服務器進行了虛擬化應用，雖然能夠降低IT設備電力消耗大約20%，但如果不改變機房現(xiàn)有基礎架構和使用面積，就無法避免機房出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，也就無從降低機房空調系統(tǒng)能耗。這會使得PUE值反而升高。所以IT業(yè)界進而采用更直接的手段——測定服務器的利用效率，以圖改善單純采用PUE能效值進行機房能效評估所造成的誤導。另外還有的是采用SPEC芯片利用效率測試工具類型的軟件來監(jiān)測IT設備的數(shù)據(jù)處理流量/秒(或數(shù)據(jù)吞吐量/秒)與IT設備的功耗之比的技術。

隨著IT虛擬化技術的大量應用，機房內勢必會出現(xiàn)散熱點趨向于關鍵的、主要運行的高熱密度設備轉移的現(xiàn)象。導致機房內會出現(xiàn)少量高熱密度的熱島區(qū)域，而其它非主要（輔助運行）設備區(qū)域的空調環(huán)境冷卻需求度相對卻較少的狀態(tài)。此時如果不改變機房現(xiàn)有基礎架構和使用面積，并為了避免主設備宕機或使用壽命的減少而必須維持機房內的少量高熱密度散熱點微環(huán)境狀況不超標，就無法避免地出現(xiàn)機房整體區(qū)域過度冷卻的現(xiàn)象。造成機房能耗及PUE能效值顯現(xiàn)得奇高。

據(jù)Uptime學會統(tǒng)計目前全球85％以上數(shù)據(jù)中心機房存在過度制冷的問題。針對機房過冷問題，在最近的調查顯示數(shù)據(jù)中心機房實際提供的冷量平均是熱負荷所需冷卻功能的2.6倍；即使這樣機房出現(xiàn)過熱部位的可能性還是達到了10%。所對應的機房空調機組耗能也比設計工況增加能耗大約50%以上。

上面所陳述的機房實際狀況說明現(xiàn)代空調系統(tǒng)按照整體區(qū)域平均冷卻模式設計的機房空調環(huán)境如應用于高熱密度或高散熱量的負荷就無法避免地采用了過度冷卻方式，導致機房能耗超高，能效值差強人意。這也意味著機房環(huán)境空調冷卻領域必須進行相應的按需冷卻理論和應用方面的創(chuàng)新，以應對服務器等類型的機房主設備發(fā)展需求和社會對其能源利用效率的要求。

針對上述數(shù)據(jù)中心機房能效現(xiàn)狀，我們提出具體的解決方案是：首先，通過對整個數(shù)據(jù)中心的紅外溫度熱場分布以及氣流流動情況，準確找出問題點以便用來改善數(shù)據(jù)中心的熱效率。幫助用戶建立他們數(shù)據(jù)中心精確的模型，提出數(shù)據(jù)中心地板室溫以及返回天花板靜壓模型的能力，在溫度調節(jié)設置時從4個CRAC邊界條件中選擇設定，并通過CFD方法能夠得到流動和熱傳遞的耦合解，用以正確說明氣體流動和熱的交換；根據(jù)得到的PDU具體熱負荷來提供數(shù)據(jù)中心的評估報告，包括對數(shù)據(jù)中心氣流和熱載荷的評估，當風量或氣流的冷卻能力不能勝任的時候對用戶提出警告，并提供綜合的冷卻能源審計報告，包括CRAC、機架和地板氣流性能的詳細分析報告。

其次，在送回風不暢的機房區(qū)域施行將原先的通風地板更換為高通風率的通風地板，以輔助下送風機房空調的送風效果。由于現(xiàn)有電子信息系統(tǒng)機房的氣流組織現(xiàn)狀十分復雜，導致主機房高熱密度負荷不能及時被空調機組所冷卻，所以須在主機房高負荷服務器機柜前方更換專用的風機通風地板；還可通過集約探測分布式群控風機地板，高效節(jié)能整體地解決機房服務器機柜冷卻難題。

進而，再通過上述控制系統(tǒng)的上位機平臺實行調整機房空調的溫濕度設置參數(shù)，使之設定在20—25℃/40—55%Rh的合理范圍內，讓機房空調機組系統(tǒng)達到既滿足機房設備冷卻所需；又避免出現(xiàn)機房過度冷卻的效果。

在應用以上步驟的前提下；再對機房空調系統(tǒng)采用聯(lián)控運行的模式，以達到最優(yōu)散熱效果的情況以及避免出現(xiàn)空調機組功效抵消的狀況；最終可以實現(xiàn)提高數(shù)據(jù)中心的能源利用效率、節(jié)約機房散熱之冷卻系統(tǒng)的電耗。經優(yōu)化改造后的機房其PUE值類比可達到Hp公司的動態(tài)智能散熱解決方案(Dynamic Smart Cooling)之降低數(shù)據(jù)中心散熱成本40%的同級別水平。

綜合以上數(shù)據(jù)進行分析，可以得出結論：配用了紅外探測控制可調速風機通風強化全鋼防靜電地板（每塊地板承重均布負荷>1400kg）的機架至少可以滿足4KW（即標準19”機柜能夠滿足輸入功率4KVA，或者是能夠裝載下20個標稱200W的1U服務器）熱負荷的散熱；如配用特殊定制高風量風機的通風地板可滿足最大25KW/機架熱負荷的散熱需求，足以解決諸如刀片服務器、或虛擬化應用等類型的高熱密度負荷進入機房場地后的局部熱點問題；進而可解決數(shù)據(jù)中心機房整體能耗飆升等系列難題。

文章來源：精密空調 http://huixinhengtong.cn/