数据中心节能改造的七种解决方案

图1：IT设备负载变化曲线

　　
从机房负荷和空调冷量配置来看，机房一般设计为N+X的安全运行模式，但从整个机房IT设备布局来看，由于机房面积较大，考虑其循环风量及减少机房局部温度死角等问题，及负载设备功耗的动态变化，精密空调群无法做到人为控制按照需求运行，机房发热量变化无规律可以遵循，所有室内风机全速运行，压缩机由每台空调独自按照自己的需求进行控制，此种运行模式从运行费用角度来说是不经济节能的。如果强制空调群中的冗余设备进行关机运行，由于机房气流组织及温度变化规律很难掌握，人为控制空调的开机与关机也很难做到机房安全，因此可能存在局部温度不可控的现象。因此，机房精密空调群控対机房节能起到至关重要的意义。
　　
机房专用空调群控节能的思路是：在保障机房设备正常运行的前提下，通过减少冗余空调设备的运行时间，来降低整个机房的能耗，实现空调系统的备份/轮循功能、层叠功能、避免竞争运行功能、延时自启动功能。
　　
结合曙光自适应集群功率与能耗监控系统，进行精密空调集群集中管理，管理软件根据CPU占有率计算每一排的服务器功耗，根据负载分布情况及精密空调分布情况精确控制相应位置空调的工作状态，其中主要包括压缩机的启停和空调室内机的风扇启停。精密空调通过RS485网络与协议转换器通信，协议转换器通过以太网与管理节点协同工作，这样使不同厂家的精密空调(具有监控功能)能够通过曙光标准协议接口与管理节点进行数据交互每个服务器机柜内安装两个无线温湿度探头，每排机柜构成一个网络，通过物联网的组网方式形成一个温湿度监控网络，并通过以太网将数据上传至管理节点，形成双层监控网络，在监测到服务器到温的时候，开启机房空调，在节能的同时确保设备安全。
　　
二、建立机房散热及气流组织模型
　　
由专业的散热工程师利用计算流体动力学(CFD)技术，针对中心机房空调气流组织特性的数值分析与模型实验,深入分析中心机房内部的气流速度场、温度场分布,并在此基础上得出合理的冷量调配设计方案,获得最佳的送回风状态,满足设备的散热需要,同时使空调负荷降低,得到最优冷量配置的效果。目前主要通airpak或fluent模拟软件进行实现。

图2：机房CFD气流组织模拟图

　　
三、针对机柜添加盲板
　　
机房一部分机柜内，由于设备数量较少，导致冷风从机柜下部向上进入机柜后，很大一部分冷风未经过设备直接进入机房内，这样就导致了空调的送风短路，使空调的制冷效率大大降低。
　　
采用封堵风道的方式减少风的短路，提高空调的制冷效率。具体办法是在机柜内没有安装设备的空间安装盲板，使冷风只能通过设备再送到机房内。

图3：机柜增加盲板气流组织示意

四、针对机柜安装主动送风元件—ADU
　　
传统的地板下送风空调由于送风距离较长，送风效率低，因此会导致出风口冷量及风量不足，不能满足设备散热需求。
　　
针对此种情况，在出风口安装主动出风装置—ADU，ADU上装有两个或四个EC风机，风机可以根据机柜的负载情况进行转速调速。通过这种主动送风装置，可以提高空调送风效率，这样就可以在满足制冷量及风量的需求情况下，减少空调开机的台数，达到节能的效果。

图4：机柜增加地板ADU气流组织示意

图5：ADU模块效果

　　
五、针对机柜进行冷通道封闭
　　
传统的地板下送风形式的机房专用空调，属于弥漫式送风。这种形式容易造成气流短路及送风量不够的问题，导致空调的制冷效率很低。
　　
现可以采用冷通道封闭的形式，将冷热气流相互隔离开来，防止气流短路及冷热风相混合，这样可以大大提高空调机的制冷效率，在能够满足机房设备正常散热的情况下，关掉一部分空调，这样便可以达到节能的效果。
　　
六、机房添加新风系统
　　
目前许多大型的数据中心，利用新风系统实现节能方案。机房内由于空间密闭，设备发热量较大，精密空调需要全年24小时不间断运行，制冷、加湿工作时耗电量大。利用引入新风和焓值控制技术，可在春、秋、冬季引入室外低温空气，关闭精密空调，同时在保证温度、湿度和机房洁净度的前提下，达到节能的目的。
　　
七、针对机房精密空调进行改造，使其具有自然冷却功能—采用氟泵节能系统
　　
传统的地板下送风机房空调，在冬季室外环境较低的时候，仍需要制冷，不能充分利用室外自然冷源，节能效果较差。针对这种情况，可以针对空调系统进行改造升级，在原有的空调系统上添加氟泵机组，通过控制系统，使其在冬季外界环境较低的时候，关掉压缩机，开启氟泵系统进行制冷，因为氟泵较空调压缩机相比耗能较少，所以以中心机房为例，进行改造后，空调大约每年能节省20%的电能消耗。

图6：氟泵空调系统原理图

　　
综合以上几种节能改造措施，对于老旧数据中心因地制宜、发现问题，分析出最恰当的具体解决方法，并通过高智能化的监控和精细化管理维护，在保证高可用性和高可靠性的前提下，最大化实现数据中心机房能耗的节能优化。
 

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