在我們?nèi)蹼奦IP技術(shù)群中，經(jīng)常有項目經(jīng)理提到機(jī)房太耗電了，其實這也是一個行業(yè)問題，機(jī)房耗電對企業(yè)來說已成為一個重大的負(fù)擔(dān)，那有沒有辦法能夠節(jié)能降耗開啟省電模式呢？本期我們一起來看下這方案。

通信生產(chǎn)機(jī)房及數(shù)據(jù)中心的送風(fēng)方式分為兩種：

   下送風(fēng)方式\ 上送風(fēng)方式，兩種方式都是定風(fēng)量送風(fēng)，每個機(jī)房中的制冷量和送風(fēng)量經(jīng)過在機(jī)房建設(shè)、調(diào)試后就恒定不變。兩種方式都是以控制機(jī)房溫度的方式達(dá)到給IT設(shè)備散熱的目的。

但這兩種機(jī)房會出現(xiàn)局部過熱，機(jī)房空調(diào)耗能大，耗能比 PUE>2.5（耗能比=機(jī)房總能耗/IT能耗）。

一、機(jī)房總能耗：

二、造成局部過熱的原因：

三、機(jī)房局部過熱的危害

1、設(shè)備運(yùn)行溫度超標(biāo)，造成宕機(jī)情況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行；

2、設(shè)備長期處于高溫運(yùn)行，運(yùn)行風(fēng)險增加，根據(jù)統(tǒng)計資料表明，溫度升高將導(dǎo)致：

A、磁盤磁帶會因熱漲效應(yīng)造成記錄錯誤； 

B、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸誤碼率增高甚至失效；

C、服務(wù)器硬盤損壞、引起火災(zāi)等；溫度每升高10℃，計算機(jī)的可靠性就下降25％、使用壽命將減少50%；

一、機(jī)房密封度不好

不管是現(xiàn)在正在運(yùn)行的機(jī)房和將來要建設(shè)的機(jī)房都對機(jī)房的密封有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，在新機(jī)房式用前首先要對機(jī)房的密封進(jìn)行嚴(yán)格的驗收，杜絕由此帶來的能量消耗，我們完全有理由相信用戶在此問題上已經(jīng)做了大量的工作，所以這不是我們現(xiàn)在要討論的問題。

二、機(jī)房能耗增加的根本原因

A、為了消除局部過熱過多開啟空調(diào)的數(shù)量將導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組制冷效率低，造成制冷能耗升高；

B、熱交換不充分和不均勻，制冷系統(tǒng)過剩運(yùn)行嚴(yán)重，造成空調(diào)能耗升高；

C、機(jī)房局部溫度過低，導(dǎo)致外界對機(jī)房的熱輻射增加，增加了空調(diào)的負(fù)擔(dān)。

三、從專用空調(diào)機(jī)能耗比來說明

一般機(jī)房專用空調(diào)的能效比約為1:2.5~1:3左右。

即：空調(diào)機(jī)做功1KW能產(chǎn)生2.5KW到3KW左右的制冷量，若按此原理我們的空調(diào)機(jī)耗能就應(yīng)該是服務(wù)器發(fā)熱功率的1/2.5~1/3,而決不是統(tǒng)計的1.1倍，由此可見有很多的能量在浪費(fèi)。

A、送風(fēng)量的降低或過渡增大將導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組制冷效率低，造成制冷能耗升高；

B、熱交換不充分和不均勻，制冷系統(tǒng)運(yùn)行混亂，造成空調(diào)能耗升高；

C、機(jī)房溫度過低，導(dǎo)致外界對機(jī)房的熱輻射增加，增加了空調(diào)的負(fù)擔(dān)。

四、造夸機(jī)房密度低的原因

由于機(jī)房中冷風(fēng)的分配不均而出現(xiàn)局部過熱的問題，導(dǎo)致用戶在機(jī)架上不可能、也不敢更多的增加IT設(shè)備，很多機(jī)架的設(shè)備不足3KW，從而導(dǎo)致機(jī)房密度降低。

1、新一代機(jī)房設(shè)計要求：

過去的設(shè)計是根據(jù)機(jī)房總的的散熱量和散熱面積的比例來計算（KW/M2)。

現(xiàn)在是按每個機(jī)架的功率（KW/rack）來計算。這里就不得不說到刀片服務(wù)器了。

2、什么是刀片服務(wù)器？

刀片服務(wù)器是包括處理器、存儲器、驅(qū)動器及以太網(wǎng)卡的整套計算機(jī)設(shè)備。

一般一個1U的刀片服務(wù)器所需的電功率約為300W~500W，由于服務(wù)器中的元器件損耗很小（約為2%左右）所以基本上都以發(fā)熱的形式散發(fā)，在刀片服務(wù)器上服務(wù)器廠商都自帶風(fēng)扇冷卻，進(jìn)出溫差一般設(shè)計為11℃。

根據(jù)公式：

所以1KW發(fā)熱功率在進(jìn)出溫差11 ℃所需風(fēng)量為270M3/H。

3、未來機(jī)架的功率

在一個600mm寬度的42U的高密度服務(wù)器機(jī)架上最大滿負(fù)荷時需要25KW的電力功率，相當(dāng)于需要25KW的制冷量并需要大約6000至7000m3/h的風(fēng)量來滿足機(jī)架上服務(wù)器的散熱需要。

在以往的設(shè)計中按室內(nèi)溫度20-24°C時機(jī)架功率在15KW時，風(fēng)量在 4000 到  5000m3/h 的情況下一個機(jī)架的熱量分析圖。

以往的機(jī)房主要有以下解決方案：

1、 增加精密空調(diào)數(shù)量，解決過熱問題

2、 采用通風(fēng)機(jī)送風(fēng)，增大機(jī)房內(nèi)熱交換能力

3、 采用冰塊冷卻，過熱區(qū)用冰塊降溫

以上方法都不能有效解決冷量分配問題，而且增加機(jī)房能耗

當(dāng)代機(jī)房解決過熱的一般方法

1、冷池：

將冷通道與外界封閉隔離，減少熱量混合

2、活化送風(fēng)地板

活化送風(fēng)地板是一個靈活的系統(tǒng)，其獨(dú)特的設(shè)計可以完全冷卻由于是用刀片服務(wù)器及路由器而產(chǎn)生的高密度熱負(fù)荷，整合在一個模塊地板內(nèi)（600mmX600mm),可以發(fā)在機(jī)架前的吸風(fēng)口位置，將機(jī)房精密空調(diào)產(chǎn)生的冷風(fēng)經(jīng)機(jī)架的進(jìn)風(fēng)口吹入機(jī)架內(nèi)的發(fā)熱點(diǎn)，并可根據(jù)發(fā)熱點(diǎn)的熱負(fù)荷的容量調(diào)節(jié)活化地板的出風(fēng)量。

3、活化送風(fēng)地板+冷池

由此可見，在冷熱分離的情況下最能發(fā)揮空調(diào)的效能！

一、全智能高效冷卻系統(tǒng)

二、冷池的設(shè)計：

寬度和高度與機(jī)架同寬同高，厚度視所需風(fēng)量及機(jī)架間尺寸決定大約在250~400mm；采用推拉門不影響正常工作及維修，此時工作人員站在機(jī)架前有效阻擋外來熱空氣的侵入；推拉門及側(cè)框都采用雙層玻璃不僅隔熱并且使工作人員能清楚的看到機(jī)架設(shè)備的工作狀，雙層玻璃都附有隔熱膜既能隔熱又可防止萬一玻璃破損時玻璃四濺；

為減少機(jī)架之間的影響每個機(jī)架之間加裝隔板，在維修時可拆卸方便維修；

為減少冷風(fēng)的流失在機(jī)架上的空位加裝盲板；

三、送風(fēng)控制器： 

    在機(jī)房內(nèi)服務(wù)器機(jī)柜的排風(fēng)口安裝溫度傳感器，實時檢測機(jī)房內(nèi)機(jī)柜的出風(fēng)溫度，同時在有條件的機(jī)柜安裝電流傳感器，實時監(jiān)控整個機(jī)柜的輸出功率，再在機(jī)柜的送風(fēng)口安裝智能風(fēng)量控制系統(tǒng)，根據(jù)以上檢測的數(shù)據(jù)變化調(diào)節(jié)  每個機(jī)柜的送風(fēng)量，滿足服務(wù)器機(jī)柜的散熱要求，避免局部溫度過高。最后將所有數(shù)據(jù)傳至中心控制器。

設(shè)置6個排風(fēng)溫度測量點(diǎn)取其最大值為排風(fēng)溫度的數(shù)值，設(shè)置1個進(jìn)風(fēng)溫度測量點(diǎn)；設(shè)置1個電流傳感器，當(dāng)現(xiàn)場無法測定電流時，可根據(jù)用戶經(jīng)驗將最大電流值輸入控制器。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算機(jī)架散熱所需風(fēng)量。

四、送風(fēng)風(fēng)扇模塊的設(shè)計

我們在每個機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口出加裝一個變風(fēng)量的風(fēng)扇或多個固定風(fēng)量風(fēng)扇組成的風(fēng)扇模塊，一般使用多個風(fēng)扇的風(fēng)扇模塊，一可以根據(jù)實際所需開啟不同數(shù)量的風(fēng)扇，二可以多加一個或兩個風(fēng)扇做為備用，當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)行時發(fā)生故障將自動開啟備用風(fēng)扇并報警顯示故障風(fēng)扇的編碼；所有風(fēng)扇以先開啟、先關(guān)閉的原則開啟和關(guān)閉，做到風(fēng)扇的平均使用；在運(yùn)行過中程需維修風(fēng)扇模塊可在10分鐘內(nèi)完成不影響機(jī)架的散熱；

每個機(jī)房設(shè)置一臺中心控制器，通過計算收集到的每個機(jī)柜的各種參數(shù)配合實時測量機(jī)房IT設(shè)備的總功耗、室內(nèi)溫度的變化、風(fēng)道內(nèi)靜壓的變化，隨時控制機(jī)房內(nèi)空調(diào)的開啟狀態(tài)。

1、總風(fēng)量的檢測: 

實時檢測送風(fēng)風(fēng)道的靜壓變化，根據(jù)靜壓的變化計算機(jī)房所需風(fēng)量或通過采集機(jī)房內(nèi)各個監(jiān)測點(diǎn)的風(fēng)量的變化信息，實時計算機(jī)房內(nèi)風(fēng)量的需求變化。

2、總制冷量的檢測:

實時監(jiān)測機(jī)房IT設(shè)備的功耗和溫度的變化，按其變化確定所需制冷量；

3、過程分析功能

通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測每個設(shè)備機(jī)柜和每臺精密空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，包括風(fēng)量、溫度、功耗等指標(biāo)，通過內(nèi)置的控制模型，根據(jù)以上計算所需總風(fēng)量和總制冷量的要求實時控制各個精密空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到每個機(jī)柜可以精確分配到所需制冷量，做到能耗最優(yōu)化。

4、大屏幕顯示機(jī)房模擬溫度、能耗、故障分布圖，對高溫區(qū)域報警

五、特點(diǎn)

1、每個機(jī)架獨(dú)立送風(fēng)。

2、機(jī)架所需風(fēng)量按照機(jī)架發(fā)熱量自動調(diào)整。

3、空調(diào)總風(fēng)量、總制冷量自動調(diào)整。

4、徹底解決了局部過熱問題。

由于采用精確送風(fēng)，可以把冷量集中供給計算機(jī)設(shè)備，使主要發(fā)熱設(shè)備可以充分降溫，達(dá)到解決局部過熱的問題。從而在不增加制冷設(shè)備的條件下保證計算機(jī)正常運(yùn)行

5、通過調(diào)整回風(fēng)溫度，提高機(jī)房空調(diào)的制冷效率，有效的節(jié)省機(jī)房空調(diào)的能耗；

原機(jī)房設(shè)計要求機(jī)房溫度在22 +2 ℃ ，在回風(fēng)溫度只要達(dá)到24 ℃時空調(diào)系統(tǒng)的制冷開始工作 ，到20 ℃時空調(diào)制冷系統(tǒng)關(guān)閉，此時出風(fēng)溫度在12 ~16℃ ，這樣才能達(dá)到全機(jī)房的溫度要求 。采用精確送風(fēng)只要使機(jī)柜送風(fēng)溫度達(dá)到22 +2 ℃要求就可以滿足服務(wù)器的需要，此時空調(diào)的回風(fēng)溫度可設(shè)在在30+  2 ℃ （由機(jī)房空調(diào)設(shè)計的送風(fēng)溫差決定，一般為8 ℃ ），這樣回風(fēng)溫度在32 ℃時才開啟制冷功能，大大減少了對空調(diào)制冷要求，也大大提高了空調(diào)的制冷效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的；

6、提高機(jī)房IT設(shè)備容積率。

7、自動調(diào)整機(jī)房空調(diào)的使用。

現(xiàn)有機(jī)架共約：

175個，其中帶設(shè)備機(jī)架為124個；設(shè)備總運(yùn)行電流和總功率為324KW，我們認(rèn)為95%的耗電功率都由熱的形式釋放，所需制冷量為308KW。由此可見空調(diào)的制冷量遠(yuǎn)大于IT設(shè)備的發(fā)熱量。

現(xiàn)有124個機(jī)架為IT設(shè)備機(jī)架（其它為配電等基本上不耗電或不需要制冷量的機(jī)架），平均每個機(jī)架運(yùn)行功率約為：2.6KW。

現(xiàn)在機(jī)房運(yùn)行10臺空調(diào)的制冷量遠(yuǎn)大于發(fā)熱量，（總制冷量為：616KW；發(fā)熱量為308KW） 機(jī)房空調(diào)回風(fēng)溫度設(shè)定在22 ℃，但環(huán)境溫度在23~26℃左右，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)基本所有機(jī)房空調(diào)都處于制冷狀態(tài)，但還出現(xiàn)局部過熱的熱島現(xiàn)象。

二、分析原因如下

1、朝向問題

目前的機(jī)房中設(shè)備機(jī)柜擺放基本是正面朝向相同，（A~L列都是右面為正面、N和M列為面對面排列、其中也有排風(fēng)方向相反和上排風(fēng)的機(jī)柜）由于大部分的設(shè)備機(jī)柜是服務(wù)器，服務(wù)器設(shè)備自身有的散熱系統(tǒng)是冷卻風(fēng)從機(jī)柜正面進(jìn)，散熱風(fēng)從機(jī)柜背面出。

由于使用的是上送風(fēng)機(jī)組，機(jī)房空調(diào)出風(fēng)直接排向機(jī)房且機(jī)房機(jī)架上設(shè)備自然橫向或豎向排風(fēng)，經(jīng)空調(diào)制冷空氣受機(jī)架排風(fēng)影響無法達(dá)到遠(yuǎn)端機(jī)架進(jìn)風(fēng)口處導(dǎo)致局部環(huán)境過熱現(xiàn)象。

2、出風(fēng)口與回風(fēng)口沒有屏蔽

由于空調(diào)出風(fēng)口與回風(fēng)口沒有屏蔽，冷風(fēng)從空調(diào)吹出后受橫向機(jī)架排風(fēng)遮擋導(dǎo)致冷風(fēng)有部分短路直接回到空調(diào)的進(jìn)風(fēng)口，使空調(diào)的制冷效率降低，且使實際回風(fēng)溫度降低造成機(jī)房溫度符合要求的假象，導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生。

3、排列順序問題

由于排列順序的原因?qū)е虑芭诺臋C(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度是后排機(jī)柜所排熱風(fēng)溫度與空調(diào)送風(fēng)口所送冷風(fēng)溫度的混和：

1排的進(jìn)風(fēng)溫度是2排的出風(fēng)溫度與空調(diào)出風(fēng)溫度的和。 當(dāng)后排溫度到大到一定值時，此時空調(diào)排風(fēng)溫度并不為此而降低導(dǎo)致前排的進(jìn)風(fēng)溫度增加，從而導(dǎo)致前排的服務(wù)器環(huán)境溫度的增加；

由于空調(diào)的排列問題導(dǎo)致有些機(jī)柜沒有直接得到空調(diào)的冷量，而直接得到的是前排排風(fēng)的熱空氣造成局部壞境過熱。如：2排機(jī)柜，由于在空間中風(fēng)在沒有外力的情況下是不能轉(zhuǎn)彎的，在2排機(jī)柜進(jìn)風(fēng)處冷風(fēng)是很難到達(dá)的，它的進(jìn)風(fēng)溫度基本上是3排機(jī)柜的排風(fēng)溫度，從而導(dǎo)致向這樣機(jī)柜上的設(shè)備過熱。

4、墻柱和機(jī)架的遮擋

由于墻柱和機(jī)架的遮擋，加上風(fēng)流動的特性  決定在墻柱及機(jī)架遮擋后的機(jī)柜更容易過熱。

三、解決辦法

1、解決思路

我們設(shè)計時考慮將來增容時按現(xiàn)有616KW制冷量的90%作用給機(jī)架上的通信設(shè)備制冷（十臺空調(diào)九臺運(yùn)行一臺作為備份）、現(xiàn)在124個設(shè)備機(jī)架再加上空閑機(jī)架以平均每個機(jī)架最大發(fā)熱量4KW的情況來進(jìn)行改造 ,這樣每個機(jī)架所需最大約風(fēng)量：1080M3/h；

2、解決方法

先將所有空調(diào)的出風(fēng)口封閉做主風(fēng)道，再做支風(fēng)道，然后在支風(fēng)道下每個機(jī)架前做引風(fēng)道，在引風(fēng)道下做出風(fēng)口并加設(shè)送風(fēng)風(fēng)扇系統(tǒng)，此送風(fēng)系統(tǒng)由6臺風(fēng)扇組成，其中有一臺風(fēng)扇做為備用（每個風(fēng)扇的風(fēng)量在220 M3/h）；個別機(jī)柜的設(shè)備運(yùn)行功率可能較大，可以改變風(fēng)扇的數(shù)量或風(fēng)扇的參數(shù)來滿足要求。

經(jīng)現(xiàn)場勘查，機(jī)房中機(jī)架最高2.5M左右，機(jī)架頂與線架的距離最少有60CM

機(jī)架進(jìn)風(fēng)處前方最小空間在80CM以上（C列局部區(qū)域），現(xiàn)場有充裕的空間可以做送風(fēng)道及冷池。

我們還可以將大部分地區(qū)做冷池，個別局部地區(qū)做冷風(fēng)直吹方式的混合形式。

有些機(jī)架為不可拆卸機(jī)柜門，但機(jī)柜門前空間較大并且這些機(jī)柜都有加高底座，這樣可以將冷池加厚到能將機(jī)柜門包圍或做到在維護(hù)時可將機(jī)柜門打開的設(shè)計。

由于大部分機(jī)架做到了冷熱分離，使很多冷量直接作用到機(jī)架進(jìn)風(fēng)口處，所以可以適當(dāng)提高空調(diào)的回風(fēng)溫度即使經(jīng)過空調(diào)制冷的冷風(fēng)溫度也相應(yīng)提高。一般回風(fēng)溫度可提高到26℃+/-2℃，這樣有冷池的機(jī)架的進(jìn)風(fēng)口處的送風(fēng)溫度在18~22℃左右，但在沒有冷池的區(qū)域采用直接送風(fēng)方式加大送風(fēng)量使其混合溫度達(dá)到要求。

3、改造效果

若采用高效冷卻系統(tǒng)，在不增加空調(diào)設(shè)備的情況下，改造后在解決局部過熱的問題后還可以將 IＴ服務(wù)器的運(yùn)行功率由324KW增加到470KW，相當(dāng)于又建半個機(jī)房，在市區(qū)機(jī)房每平米造價最少要10000元以上（包括空調(diào)設(shè)備、機(jī)架設(shè)備）。

A、提高回風(fēng)溫度產(chǎn)生的節(jié)能效果

機(jī)房按 35 X 15 X 6（m） 計算：

上下截面積 ：35 X 6=210M2   ；

 左右截面積 ：15 X 6= 90M2 ； 

地面屋頂 35*15=525M2 

計算工式：

改造前后變化的只是 tn 改變—室內(nèi)計算溫度提高了4℃~6℃。 若提高4℃：

ΔQw=KwFw(Δtn)

 =0.8X（210+210+525+525+90+90）X4=6.6KW 

每小時相當(dāng)于節(jié)省6.6KW的制冷量。

按能效比1：3計算，一年可為我們節(jié)省19272KW.H的能量。

B、節(jié)省空調(diào)制冷功率

節(jié)省空調(diào)制冷功率96KW，每年節(jié)省空調(diào)電能：84.1萬 KW·H改造前后的制冷能耗比 ：114/211=54%；

C、增加風(fēng)扇的耗能

改造過程中消耗的能耗，說白了，就是多用了風(fēng)扇。

共增加744(124X6)個風(fēng)扇，除124臺備份外其余620臺在滿負(fù)荷運(yùn)行時（每個機(jī)架按增容后安裝4KW的IT設(shè)備計算）

總功率為：3.42KW；一年的能耗為：3萬KW.H

這個屬于增加耗能。

粗略估計一年下來可以節(jié)省能耗情況：

改造過后，一年節(jié)約電費(fèi)83萬度，省掉幾十萬的電費(fèi)開支，對于中小企業(yè)來說也是節(jié)約了一筆不小成本。

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