一種新型的數(shù)據(jù)機房氣流組織優(yōu)化方案

知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下 知識水壩 中國移動通信集團浙江有限公司 項目結題報告 項目名稱 一種新型的數(shù)據(jù)機房氣流組織形式 項目第一負責人 項目組成員 申請單位 網(wǎng)絡部 聯(lián)系電話 通訊地址 郵政編碼 中國移動浙江公司 2010 年 11 月目 錄 = 目錄 .1 第 1 章 項目背景 .2 1.1 機房局部區(qū)域過熱問題 .3 1.2 機房 PUE 值較高問題 .3 第 2 章 項目特點和功能描述 .4 第 3 章 項目主要內(nèi)容 .4 3.1 傳統(tǒng)機房送風方式存在的局限性分析 .5 3.2 采用主動式送風 地板的機房氣流組織形式 .6 3.3 送風角度、送風速度對機架進風側溫度的影響 .7 3.4 按機柜功耗高低安裝主動送風地板的效果 . 11 3.5 按機房冷通道均勻布置主動送風地板的效果 . 14 3.6 空調(diào)節(jié)能效果測試 . 22 第 4 章 主要創(chuàng)新點 . 24 第 5 章 實 際應用效果總結 . 24 第 6 章 其他說明 . 25 第 1章 項目背景 通信業(yè)務大規(guī)模的發(fā)展，設備單位能耗的大幅提高，造成了通信和數(shù)據(jù)機房存在的迫切需要解決的兩大突出問題： 浙江移動商業(yè)機密 第 3 頁 共 25 頁 1.1 機房局部區(qū)域 過熱 問題 通常一些重要的關鍵業(yè)務處理設備，其信息處理量和處理速度要求高，設備集成度高，單個機柜的發(fā)熱量大。由于 機房設備安裝不均衡 ，局部區(qū)域大功率設備安裝集中 ，造成這些設備難以得到足夠的制冷送風量，形成 機房局部區(qū)域過熱 ，威脅通信設備的可靠運行，甚至造成個別設備因過熱而宕機等嚴重問題。 為 解決機房內(nèi)局部區(qū)域熱負荷較大、局部制冷量不足問題，曾經(jīng)采用 降低空調(diào)回風溫度設定點、增加 機房專用空調(diào)、布置軸流風機加強對流等措施，但同時也帶來空調(diào)負荷增加，浪費電能的問題。 1.2 機房 PUE值 較高 問題 當前評估機房能耗水平的通用指標是采用 PUE 值 （機房總功耗 /通信設備功耗） 。 為解決機房內(nèi)局部區(qū)域熱負荷較大、局部制冷量不足問題，曾經(jīng)采用降低空調(diào)回風溫度設定點、增 加 機房專用空調(diào)、布置軸流風機加強對流等措施 ， 以滿足該部分設備的正常運行。 但同時也帶來空調(diào)能耗 增加， 造成機房 PUE 值較高。 浙江移動商業(yè)機密 第 4 頁 共 25 頁 第 2章 項目特點和功能描述 采用 具備定向定量送風功能的 主動 地板送風系統(tǒng)， 同時具備自動 調(diào)節(jié) 功能， 根據(jù) 機房 場 地和機柜 布置情況 配備 標準 規(guī)格 主動送風 地板，實現(xiàn) 設備冷量按需 分配 ，消除機房局部熱島問題 ，使機房溫度場分布均勻 。 主要特點是：地板出風口的出風角度、 出風量 可 按照 設備機架 所需制冷量的不同 進行 調(diào)節(jié)。 第 3章 項目主要內(nèi)容 本項目 選擇 蕭山 9 層 IDC 機房作為試驗機房 。 機房面積約 300 平方米， 機房呈長方形， 共 安裝 7 列 設備 ， 設備采用冷熱通道布局， 共安裝 4 臺機房專用空調(diào)。由于 該機房啟用時間較早，機房內(nèi)設備分布不均勻， 空調(diào)送風距離較長 （達到近 20 米） ，屬于典型的存在較嚴重局部熱島的問題機房 。如下圖： 浙江移動商業(yè)機密 第 5 頁 共 25 頁 針對 機房 局部 熱島問題，曾經(jīng)采取過 一些 措施， 比如增加軸流風機加強機房空氣對流， 在距離機房專用空調(diào)的遠端增加普通空調(diào) 進行局部制冷等，雖然緩和了局部熱島問題，但 解決 不徹底 ，同時帶來了能耗增加的問題 ，不符合當前節(jié)能減排的宗旨 。 3.1 傳統(tǒng) 機房 送風方式存在的局限性 分析 一般數(shù)據(jù)機房采用的傳統(tǒng)機房制冷解決方案絕大多數(shù)為普通機房專用 空調(diào) ，并采用地板下送風方式實現(xiàn)機房設備冷卻。這種 地板 下送風 方式存在的明顯的局限性： 1) 空氣泄漏存在于地板的間隙、電纜孔、機柜內(nèi)沒裝設備的空間，空調(diào)設備送出的 部分冷空氣 沒有參加有效的換熱直接回到了機房空調(diào) 。 2) 由于地板下的阻礙物、多臺機房空調(diào)的機外余壓 不平衡 ， 使 靜壓箱效果不理想 。 3) 機房出現(xiàn)嚴重的冷熱不均問題，其原因來自兩個方面：一是 在大跨度機房中，機房 專用 空調(diào)遠距離 送風能力有限；二是設備熱負荷不均勻分布造成嚴重的局部熱島 現(xiàn)象。 浙江移動商業(yè)機密 第 6 頁 共 25 頁 4) 僅能滿足 最大每個機柜 34kW 的功率密度，不能適應刀片式服務器機柜等高密度發(fā)熱機柜的散熱要 求，局部“熱島”問題難以有效解決。 3.2 采用主動式送風地板的機房氣流組織 形式 在機房冷通道安裝主動式送風地板， 送風速度、角度可調(diào)，將地板下的冷風按需、均勻地送至 設備機柜的進風側，從而達到消除機房局部熱島現(xiàn)象。 本研究項目對主動送風的角度、送風速度、出風口布置及 空調(diào)節(jié)能情況進行了詳細的測試。 為了記錄機房溫度分布情況，我們在每個機柜正面（設備進風側）的上、中、下部分別安裝 3 個數(shù)字溫度計，在機柜背面（設備出風側）中部安裝 1 個數(shù)字溫度計，實際安裝效果如下圖： 機架背面溫度計安裝位置： 機 架 正面 溫度顯示區(qū) 機架正面下部溫度測點 機架正面中部溫度測點 機架正面上部溫度測點 浙江移動商業(yè)機密 第 7 頁 共 25 頁 3.3 送風角度 、 送風速度 對機架進風側溫度的影響 一、 調(diào)速檔位與出風速度的關系： 本次測試檔位與風速關系中，機架與主動送風系統(tǒng)之間相隔 40CM。由于實際現(xiàn)場可能會與測試位置不一至?？勺鲞m當調(diào)整。 二、 不同出風速度、出風角度對機架溫度的影響： 以下是不同出風角度、出風速度時機架的溫度分布情況： 機架背面溫度測點 浙江移動商業(yè)機密 第 8 頁 共 25 頁 1、 當出風角度在“ 66 度 ”、出風速度在 5.6M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低。 1718192021222324溫度風 速檔位變化角度為 66 度 時測試對比上中下2、 當出風角度在“ 58 度 ”、出風速度在 6.8M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低。 0510152025溫度風 速檔位變化角度為 58 度 時測試對比上中下3、 當出風角度在“ 50 度 ”、出風速度在 5.6M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低。 浙江移動商業(yè)機密 第 9 頁 共 25 頁 18192021222324溫度風 速檔位變化角度為 50 度 時測試對比上中下4、 當出風角度在“ 42 度 ”、出風速度在 5.6M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低。 1 8 .5191 9 .5202 0 .5212 1 .5222 2 .5232 3 .524溫度風 速檔位變化角度為 42 度 時測試對比上中下5、 當出風角度在“ 34 度 ”、出風速度在 6.1M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低 。 但此時由于出風角度與機架形成角度過小，造成機架下部 溫度反而高于機架上部，同時，由于風速較大，部分冷風已經(jīng) 超過機架頂部，造成冷量損失 。 浙江移動商業(yè)機密 第 10 頁 共 25 頁 191 9 .5202 0 .5212 1 .5222 2 .5232 3 .524溫度風 速檔位變化角度為 34 度 時測試對比上中下6、 當出風角度在“ 26 度 ”、出風速度在 6.6M/S 位置時，機架的上、中、下溫度比較均勻，平均溫度較低。同樣，此時由于出風角度與機架形成角度過小，造成機架下部溫度反而高于機架上部，同時，由于風速較大，部分冷風已經(jīng)超過機架頂部，造成冷量損失。 051015202530溫度風 速檔位變化角度為 26 度 時測試對比上中下7、 當出風角度在“ 18 度 及以下時， 由于出風角度與機架形成角度過小，造成機架下部溫度反而高于機架上部，同時，由于風速較大，部分冷風已經(jīng)超過機架頂部，造成冷量損失。 浙江移動商業(yè)機密 第 11 頁 共 25 頁 051015202530溫度風 速檔位變化角度為 18 度 時測試對比上中下通過以上測試，可以得出 ，出風角度設在“ 42 度 ”，出風速度設在 5.6M/S 時 ，機架平均溫度最低，且機架上、中、下部溫度較均勻 ， 出風效果較理想。以下測試，都是按此設置進行。 3.4 按機柜功耗 高低安裝主動送風地板的效果 首先，對該機房所有機柜功耗 、機柜進出風溫度進行了測試，選取功耗 TOP20 機柜 （ 3KW 機柜 以上 ） 對應位置安裝 20 塊主動送風地板， 安裝情況如下圖： 浙江移動商業(yè)機密 第 12 頁 共 25 頁 分別測試 安裝 主動送風地板 后對應機柜在 風扇開啟 前、后的 機柜溫度 。 機柜正面上部溫度對比： 機柜正面中部溫度對比： 機柜正面下部溫度對比： 浙江移動商業(yè)機密 第 13 頁 共 25 頁 機柜背部（出風）溫度對比： 所有機柜溫度對比： 浙江移動商業(yè)機密 第 14 頁 共 25 頁 從 上圖 可知 ， 地板 風扇 關閉時 機柜 溫度峰值明顯， 風扇 開啟地板后 溫度 峰值明顯降低 ，既局部熱島有所緩解。 但 同時發(fā)現(xiàn)， 未安裝主動送風地板位置 的機柜 溫度卻 有相反變化。 結論：按照機柜功耗對應位置安裝主動送風地板，能 很好 解決局部熱島問題，但 機房溫度分布 仍 不夠均勻 。 3.5 按機房冷通道均勻布置主動送風地板的效果 一、現(xiàn)場安裝效果 在機房冷通道中，每隔 2 塊地板安裝一塊主動送風地板， 地板的出風角度 設在“ 42度 ”， 出風速度 設在“ M6” （即 5.6M/S） 檔 ，如下圖所示： 浙江移動商業(yè)機密 第 15 頁 共 25 頁 二、 主動送風地板風扇開啟、關閉時的溫度對比 A 列在主動送風地板風扇開啟、關閉時的溫度對比： 浙江移動商業(yè)機密 第 16 頁 共 25 頁 浙江移動商業(yè)機密 第 17 頁 共 25 頁 B 列在主動送風地板風扇開啟、關閉時的溫度對比： 浙江移動商業(yè)機密 第 18 頁 共 25 頁 浙江移動商業(yè)機密 第 19 頁 共 25 頁 其他列的溫度分布情況同 A、 B 列基本一致。 以下 3 張圖分別是機房所有機柜的上、中、下部在主動送風地板風扇開啟前后的溫度對比，由圖可以很直觀看到，風扇開啟后，機柜上部溫度尖峰被削平，而機柜下部溫度有所上升，機房整體溫度得到 較好 的均衡。 浙江移動商業(yè)機密 第 20 頁 共 25 頁 下圖是部分典型機柜在主動送風地板風扇開啟前、后的機柜正面 溫度分布情況 ，其中每個機柜都有 2 個柱 形圖，左邊是主動送風地板風扇關閉狀態(tài)的機柜正面溫度分布，右 邊是主動送風地板風扇開啟狀態(tài)的機柜正面溫度分布，可以很明顯看到，開啟主 動送風地板風扇后，機架上、下部溫度分布更加均勻，機架平均溫度有所 降低。 浙江移動商業(yè)機密 第 21 頁 共 25 頁 A 列單機柜安裝地板（關 / 開）對比22.923.2051015202530A6 A6 A10 A10 A13 A13 A15 A15 A17 A17 A19 A19 A22 A22 A24 A24機柜號溫度B 列單機柜安裝地板（關 / 開）對比21.223.305101520253035B6 B6 B13 B13 B20 B20 B21 B21 B22 B22 B25 B25坐標軸標題坐標軸標題下圖是機房所有機柜在主動送風地板風扇開啟、關閉時的背面（排風）溫度對比 。由圖也可以看到，機柜背面整體溫度沒有明顯變化，局部有升有降。 浙江移動商業(yè)機密 第 22 頁 共 25 頁 3.6 空調(diào)節(jié)能效果測試 以下表格為機房電表數(shù)值； 日期時間 空調(diào)電度表 24 小時耗電量 說明 11 月 17 日 10 時整 1238571.9 5168.65 電表初始值 11 月 18 日 10 時整 1240023.7 5212.4 1495.55 空調(diào)設定溫度 21 下，24 小時 耗電 量 11 月 19 日 10 時整 1241446.35 5251.9 1462.15 空調(diào)設定溫度 22 下，24 小 時 耗電 量 11 月 26 日 10 時整 1251177.5 5520.8 電表初始值 11 月 27 日 10 時整 1252579.1 5560.9 1441.7 空調(diào)設定溫度 23 下，24 小時 耗電 量 通過開啟主動送風地板對機架溫度進行平均后 ， 提 高 空調(diào) 設定 溫度 后的 能耗對比圖 ： 浙江移動商業(yè)機密 第 23 頁 共 25 頁 機房空調(diào)耗電量對比1400142014401460148015002 1 空調(diào)耗電量 2 2 空調(diào)耗電量 2 3 空調(diào)耗電量下面 對典型機架在調(diào)整前（未開啟主動送風、空調(diào)設定溫度為 21）和調(diào)整后（開啟主動送風、空調(diào)設定溫度分別為 22、 23） 的溫度進行對比分析： 關閉地板風機空調(diào)設定 21 與開啟地板風機空調(diào)設定為 22 時整體機房機架正面上層溫度對比圖051015202530351 917 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97105 113 121 129 137 145 153 161 169 177溫度調(diào)整前調(diào)整后機房空調(diào)溫度上調(diào)至 23 度時。整體溫度與未開啟地板時機架正面上層溫度持平。 浙江移動商業(yè)機密 第 24 頁 共 25 頁 關閉地板風機空調(diào)設定21與開啟地板風機空調(diào)設定為2 3時整體機房機架正面上層溫度對比圖051015202530351 917 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97105 113 121 129 137 145 153 161 169 177溫度關閉調(diào)整后在保證機房設備安全的前提下，提 高 機房空調(diào)溫度 設定點 后： 1、 空調(diào) 設定溫度 從 21 提升到 22 時節(jié)能 2.23%，同時機架 平均 溫度略低于調(diào)整前 ，機架最高溫度低于調(diào)整前 ； 2、 空調(diào) 設定溫度 從 21 提升到 23 時節(jié)能 3.6%， 機架 平均 溫度略高于調(diào)整前 ，機架最高溫度仍低于調(diào)整前 。 本次節(jié)能測試在 11 月中下旬進行，相比較夏天，節(jié)能效果有所減少。 若在夏季高溫季節(jié)，節(jié)能率 還有一定的提高。 第 4章 主要創(chuàng)新點 將傳統(tǒng)地板下送風的“靜壓箱出風”方式，改為強制、 可 按需 分配 的主動送風 方式 ，不但 解決 了 因機房空調(diào)送風距離過長 造成的送風效果不理想問題 ，還能調(diào)節(jié)因機房各區(qū)域設備負荷不同造成 的冷熱不均 ， 使機房 內(nèi)各 區(qū)域溫度 分布 均勻 ， 消除局部熱島現(xiàn)象 。 同時， 不必為了滿足局部 高溫 區(qū)域 的 溫度要求而過分降低空調(diào) 溫度設定 點，使空調(diào)機 的 制冷效率有所提高 ，也減少了機房維護結構傳導進來的熱