一种新型的数据机房气流组织优化方案

知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 中国移动通信集团浙江有限公司 项目结题报告 项目名称 一种新型的数据机房气流组织形式 项目第一负责人 项目组成员 申请单位 网络部 联系电话 通讯地址 邮政编码 中国移动浙江公司 2010 年 11 月目 录 = 目录 .1 第 1 章 项目背景 .2 1.1 机房局部区域过热问题 .3 1.2 机房 PUE 值较高问题 .3 第 2 章 项目特点和功能描述 .4 第 3 章 项目主要内容 .4 3.1 传统机房送风方式存在的局限性分析 .5 3.2 采用主动式送风 地板的机房气流组织形式 .6 3.3 送风角度、送风速度对机架进风侧温度的影响 .7 3.4 按机柜功耗高低安装主动送风地板的效果 . 11 3.5 按机房冷通道均匀布置主动送风地板的效果 . 14 3.6 空调节能效果测试 . 22 第 4 章 主要创新点 . 24 第 5 章 实 际应用效果总结 . 24 第 6 章 其他说明 . 25 第 1章 项目背景 通信业务大规模的发展，设备单位能耗的大幅提高，造成了通信和数据机房存在的迫切需要解决的两大突出问题： 浙江移动商业机密 第 3 页 共 25 页 1.1 机房局部区域 过热 问题 通常一些重要的关键业务处理设备，其信息处理量和处理速度要求高，设备集成度高，单个机柜的发热量大。由于 机房设备安装不均衡 ，局部区域大功率设备安装集中 ，造成这些设备难以得到足够的制冷送风量，形成 机房局部区域过热 ，威胁通信设备的可靠运行，甚至造成个别设备因过热而宕机等严重问题。 为 解决机房内局部区域热负荷较大、局部制冷量不足问题，曾经采用 降低空调回风温度设定点、增加 机房专用空调、布置轴流风机加强对流等措施，但同时也带来空调负荷增加，浪费电能的问题。 1.2 机房 PUE值 较高 问题 当前评估机房能耗水平的通用指标是采用 PUE 值 （机房总功耗 /通信设备功耗） 。 为解决机房内局部区域热负荷较大、局部制冷量不足问题，曾经采用降低空调回风温度设定点、增 加 机房专用空调、布置轴流风机加强对流等措施 ， 以满足该部分设备的正常运行。 但同时也带来空调能耗 增加， 造成机房 PUE 值较高。 浙江移动商业机密 第 4 页 共 25 页 第 2章 项目特点和功能描述 采用 具备定向定量送风功能的 主动 地板送风系统， 同时具备自动 调节 功能， 根据 机房 场 地和机柜 布置情况 配备 标准 规格 主动送风 地板，实现 设备冷量按需 分配 ，消除机房局部热岛问题 ，使机房温度场分布均匀 。 主要特点是：地板出风口的出风角度、 出风量 可 按照 设备机架 所需制冷量的不同 进行 调节。 第 3章 项目主要内容 本项目 选择 萧山 9 层 IDC 机房作为试验机房 。 机房面积约 300 平方米， 机房呈长方形， 共 安装 7 列 设备 ， 设备采用冷热通道布局， 共安装 4 台机房专用空调。由于 该机房启用时间较早，机房内设备分布不均匀， 空调送风距离较长 （达到近 20 米） ，属于典型的存在较严重局部热岛的问题机房 。如下图： 浙江移动商业机密 第 5 页 共 25 页 针对 机房 局部 热岛问题，曾经采取过 一些 措施， 比如增加轴流风机加强机房空气对流， 在距离机房专用空调的远端增加普通空调 进行局部制冷等，虽然缓和了局部热岛问题，但 解决 不彻底 ，同时带来了能耗增加的问题 ，不符合当前节能减排的宗旨 。 3.1 传统 机房 送风方式存在的局限性 分析 一般数据机房采用的传统机房制冷解决方案绝大多数为普通机房专用 空调 ，并采用地板下送风方式实现机房设备冷却。这种 地板 下送风 方式存在的明显的局限性： 1) 空气泄漏存在于地板的间隙、电缆孔、机柜内没装设备的空间，空调设备送出的 部分冷空气 没有参加有效的换热直接回到了机房空调 。 2) 由于地板下的阻碍物、多台机房空调的机外余压 不平衡 ， 使 静压箱效果不理想 。 3) 机房出现严重的冷热不均问题，其原因来自两个方面：一是 在大跨度机房中，机房 专用 空调远距离 送风能力有限；二是设备热负荷不均匀分布造成严重的局部热岛 现象。 浙江移动商业机密 第 6 页 共 25 页 4) 仅能满足 最大每个机柜 34kW 的功率密度，不能适应刀片式服务器机柜等高密度发热机柜的散热要 求，局部“热岛”问题难以有效解决。 3.2 采用主动式送风地板的机房气流组织 形式 在机房冷通道安装主动式送风地板， 送风速度、角度可调，将地板下的冷风按需、均匀地送至 设备机柜的进风侧，从而达到消除机房局部热岛现象。 本研究项目对主动送风的角度、送风速度、出风口布置及 空调节能情况进行了详细的测试。 为了记录机房温度分布情况，我们在每个机柜正面（设备进风侧）的上、中、下部分别安装 3 个数字温度计，在机柜背面（设备出风侧）中部安装 1 个数字温度计，实际安装效果如下图： 机架背面温度计安装位置： 机 架 正面 温度显示区 机架正面下部温度测点 机架正面中部温度测点 机架正面上部温度测点 浙江移动商业机密 第 7 页 共 25 页 3.3 送风角度 、 送风速度 对机架进风侧温度的影响 一、 调速档位与出风速度的关系： 本次测试档位与风速关系中，机架与主动送风系统之间相隔 40CM。由于实际现场可能会与测试位置不一至。可做适当调整。 二、 不同出风速度、出风角度对机架温度的影响： 以下是不同出风角度、出风速度时机架的温度分布情况： 机架背面温度测点 浙江移动商业机密 第 8 页 共 25 页 1、 当出风角度在“ 66 度 ”、出风速度在 5.6M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低。 1718192021222324温度风 速档位变化角度为 66 度 时测试对比上中下2、 当出风角度在“ 58 度 ”、出风速度在 6.8M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低。 0510152025温度风 速档位变化角度为 58 度 时测试对比上中下3、 当出风角度在“ 50 度 ”、出风速度在 5.6M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低。 浙江移动商业机密 第 9 页 共 25 页 18192021222324温度风 速档位变化角度为 50 度 时测试对比上中下4、 当出风角度在“ 42 度 ”、出风速度在 5.6M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低。 1 8 .5191 9 .5202 0 .5212 1 .5222 2 .5232 3 .524温度风 速档位变化角度为 42 度 时测试对比上中下5、 当出风角度在“ 34 度 ”、出风速度在 6.1M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低 。 但此时由于出风角度与机架形成角度过小，造成机架下部 温度反而高于机架上部，同时，由于风速较大，部分冷风已经 超过机架顶部，造成冷量损失 。 浙江移动商业机密 第 10 页 共 25 页 191 9 .5202 0 .5212 1 .5222 2 .5232 3 .524温度风 速档位变化角度为 34 度 时测试对比上中下6、 当出风角度在“ 26 度 ”、出风速度在 6.6M/S 位置时，机架的上、中、下温度比较均匀，平均温度较低。同样，此时由于出风角度与机架形成角度过小，造成机架下部温度反而高于机架上部，同时，由于风速较大，部分冷风已经超过机架顶部，造成冷量损失。 051015202530温度风 速档位变化角度为 26 度 时测试对比上中下7、 当出风角度在“ 18 度 及以下时， 由于出风角度与机架形成角度过小，造成机架下部温度反而高于机架上部，同时，由于风速较大，部分冷风已经超过机架顶部，造成冷量损失。 浙江移动商业机密 第 11 页 共 25 页 051015202530温度风 速档位变化角度为 18 度 时测试对比上中下通过以上测试，可以得出 ，出风角度设在“ 42 度 ”，出风速度设在 5.6M/S 时 ，机架平均温度最低，且机架上、中、下部温度较均匀 ， 出风效果较理想。以下测试，都是按此设置进行。 3.4 按机柜功耗 高低安装主动送风地板的效果 首先，对该机房所有机柜功耗 、机柜进出风温度进行了测试，选取功耗 TOP20 机柜 （ 3KW 机柜 以上 ） 对应位置安装 20 块主动送风地板， 安装情况如下图： 浙江移动商业机密 第 12 页 共 25 页 分别测试 安装 主动送风地板 后对应机柜在 风扇开启 前、后的 机柜温度 。 机柜正面上部温度对比： 机柜正面中部温度对比： 机柜正面下部温度对比： 浙江移动商业机密 第 13 页 共 25 页 机柜背部（出风）温度对比： 所有机柜温度对比： 浙江移动商业机密 第 14 页 共 25 页 从 上图 可知 ， 地板 风扇 关闭时 机柜 温度峰值明显， 风扇 开启地板后 温度 峰值明显降低 ，既局部热岛有所缓解。 但 同时发现， 未安装主动送风地板位置 的机柜 温度却 有相反变化。 结论：按照机柜功耗对应位置安装主动送风地板，能 很好 解决局部热岛问题，但 机房温度分布 仍 不够均匀 。 3.5 按机房冷通道均匀布置主动送风地板的效果 一、现场安装效果 在机房冷通道中，每隔 2 块地板安装一块主动送风地板， 地板的出风角度 设在“ 42度 ”， 出风速度 设在“ M6” （即 5.6M/S） 档 ，如下图所示： 浙江移动商业机密 第 15 页 共 25 页 二、 主动送风地板风扇开启、关闭时的温度对比 A 列在主动送风地板风扇开启、关闭时的温度对比： 浙江移动商业机密 第 16 页 共 25 页 浙江移动商业机密 第 17 页 共 25 页 B 列在主动送风地板风扇开启、关闭时的温度对比： 浙江移动商业机密 第 18 页 共 25 页 浙江移动商业机密 第 19 页 共 25 页 其他列的温度分布情况同 A、 B 列基本一致。 以下 3 张图分别是机房所有机柜的上、中、下部在主动送风地板风扇开启前后的温度对比，由图可以很直观看到，风扇开启后，机柜上部温度尖峰被削平，而机柜下部温度有所上升，机房整体温度得到 较好 的均衡。 浙江移动商业机密 第 20 页 共 25 页 下图是部分典型机柜在主动送风地板风扇开启前、后的机柜正面 温度分布情况 ，其中每个机柜都有 2 个柱 形图，左边是主动送风地板风扇关闭状态的机柜正面温度分布，右 边是主动送风地板风扇开启状态的机柜正面温度分布，可以很明显看到，开启主 动送风地板风扇后，机架上、下部温度分布更加均匀，机架平均温度有所 降低。 浙江移动商业机密 第 21 页 共 25 页 A 列单机柜安装地板（关 / 开）对比22.923.2051015202530A6 A6 A10 A10 A13 A13 A15 A15 A17 A17 A19 A19 A22 A22 A24 A24机柜号温度B 列单机柜安装地板（关 / 开）对比21.223.305101520253035B6 B6 B13 B13 B20 B20 B21 B21 B22 B22 B25 B25坐标轴标题坐标轴标题下图是机房所有机柜在主动送风地板风扇开启、关闭时的背面（排风）温度对比 。由图也可以看到，机柜背面整体温度没有明显变化，局部有升有降。 浙江移动商业机密 第 22 页 共 25 页 3.6 空调节能效果测试 以下表格为机房电表数值； 日期时间 空调电度表 24 小时耗电量 说明 11 月 17 日 10 时整 1238571.9 5168.65 电表初始值 11 月 18 日 10 时整 1240023.7 5212.4 1495.55 空调设定温度 21 下，24 小时 耗电 量 11 月 19 日 10 时整 1241446.35 5251.9 1462.15 空调设定温度 22 下，24 小 时 耗电 量 11 月 26 日 10 时整 1251177.5 5520.8 电表初始值 11 月 27 日 10 时整 1252579.1 5560.9 1441.7 空调设定温度 23 下，24 小时 耗电 量 通过开启主动送风地板对机架温度进行平均后 ， 提 高 空调 设定 温度 后的 能耗对比图 ： 浙江移动商业机密 第 23 页 共 25 页 机房空调耗电量对比1400142014401460148015002 1 空调耗电量 2 2 空调耗电量 2 3 空调耗电量下面 对典型机架在调整前（未开启主动送风、空调设定温度为 21）和调整后（开启主动送风、空调设定温度分别为 22、 23） 的温度进行对比分析： 关闭地板风机空调设定 21 与开启地板风机空调设定为 22 时整体机房机架正面上层温度对比图051015202530351 917 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97105 113 121 129 137 145 153 161 169 177温度调整前调整后机房空调温度上调至 23 度时。整体温度与未开启地板时机架正面上层温度持平。 浙江移动商业机密 第 24 页 共 25 页 关闭地板风机空调设定21与开启地板风机空调设定为2 3时整体机房机架正面上层温度对比图051015202530351 917 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97105 113 121 129 137 145 153 161 169 177温度关闭调整后在保证机房设备安全的前提下，提 高 机房空调温度 设定点 后： 1、 空调 设定温度 从 21 提升到 22 时节能 2.23%，同时机架 平均 温度略低于调整前 ，机架最高温度低于调整前 ； 2、 空调 设定温度 从 21 提升到 23 时节能 3.6%， 机架 平均 温度略高于调整前 ，机架最高温度仍低于调整前 。 本次节能测试在 11 月中下旬进行，相比较夏天，节能效果有所减少。 若在夏季高温季节，节能率 还有一定的提高。 第 4章 主要创新点 将传统地板下送风的“静压箱出风”方式，改为强制、 可 按需 分配 的主动送风 方式 ，不但 解决 了 因机房空调送风距离过长 造成的送风效果不理想问题 ，还能调节因机房各区域设备负荷不同造成 的冷热不均 ， 使机房 内各 区域温度 分布 均匀 ， 消除局部热岛现象 。 同时， 不必为了满足局部 高温 区域 的 温度要求而过分降低空调 温度设定 点，使空调机 的 制冷效率有所提高 ，也减少了机房维护结构传导进来的热