機(jī)房環(huán)境溫度智能控制分析

劉清東 梁運(yùn)棟

【摘要】? ? 探討了傳統(tǒng)精密空調(diào)的送風(fēng)方式，從精密空調(diào)的送風(fēng)方式及傳統(tǒng)送風(fēng)方式的弊端，以現(xiàn)有前沿產(chǎn)品為例，從智能機(jī)柜、冷氣流分配單元ADU（Air Distribution Unit）兩個(gè)維度展開分析，改造前后機(jī)房冷量利用效率的提高，為后續(xù)的機(jī)房建設(shè)做好鋪墊，同時(shí)也為在運(yùn)行的機(jī)房?jī)?yōu)化提供參考、借鑒。

【關(guān)鍵詞】? ? 機(jī)房環(huán)境? ? 智能控制

引言：

伴隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的單機(jī)柜功耗越來越高，導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房制冷的要求也越來越高。如何保證數(shù)據(jù)機(jī)房在標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中高效可靠的運(yùn)行成為未來數(shù)據(jù)機(jī)房面臨的挑戰(zhàn)。根據(jù)機(jī)房的使用要求、冷熱負(fù)荷構(gòu)成特點(diǎn)以及環(huán)境條件等，為了在機(jī)房氣流組織調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)中采用先進(jìn)技術(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行效率，合理利用和節(jié)約能源與資源，營(yíng)造高效的機(jī)房環(huán)境，對(duì)現(xiàn)有機(jī)房空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化管理。

一、傳統(tǒng)機(jī)房精密空調(diào)的控制方式及優(yōu)缺點(diǎn)

傳統(tǒng)機(jī)房精密空調(diào)的送、回風(fēng)方式一般有上送風(fēng)下回風(fēng)、下送風(fēng)上回風(fēng)兩種，針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行要求，選擇數(shù)據(jù)機(jī)房整體的送、回風(fēng)方式，來達(dá)到滿足機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1.1下送上回氣流組織優(yōu)缺點(diǎn)

下送上回氣流組織方式是將地板下作為靜壓箱，在數(shù)據(jù)機(jī)柜下方設(shè)置可調(diào)節(jié)大小的出風(fēng)口或數(shù)據(jù)機(jī)柜前方設(shè)置通風(fēng)地板，使精密空調(diào)冷量自下而上傳遞給服務(wù)器設(shè)備，將服務(wù)器產(chǎn)生的熱量帶走，并回流到精密空調(diào)的回風(fēng)口，從而保證設(shè)備在一個(gè)恒溫環(huán)境下工作。

優(yōu)點(diǎn)： 1.下送上回氣流組織方式是將冷量直接從底部靜壓箱傳遞給通信設(shè)備內(nèi)，交換熱量后，回流至空調(diào)回風(fēng)口?？照{(diào)氣流組織方向與機(jī)房?jī)?nèi)空氣冷熱原理特性相同，空調(diào)制冷效果較好。2.數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)靜壓箱的空間大大超過精密空調(diào)的風(fēng)帽、風(fēng)管截面積，精密空調(diào)下送上回的氣流組織方式送出的風(fēng)量比較均勻。 3.因?yàn)槭菙?shù)據(jù)機(jī)房靜壓箱內(nèi)送風(fēng)，與精密空調(diào)上送下回氣流組織方式比較，所需的送風(fēng)風(fēng)壓較低，噪聲相對(duì)較小。 4.下送上回氣流組織方式不需風(fēng)管和風(fēng)道，從設(shè)計(jì)、施工角度來說，相對(duì)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、集中，精密空調(diào)設(shè)備的布局可以根據(jù)服務(wù)器機(jī)柜上下架位置不同進(jìn)行靈活調(diào)整。由于精密空調(diào)工藝所需的冷媒、進(jìn)水管、排水管、電源線等均敷設(shè)在活動(dòng)地板內(nèi)，使得機(jī)房?jī)?nèi)的工藝布局顯得簡(jiǎn)約、美觀。僅從空調(diào)專業(yè)投資來說，相對(duì)下送上回氣流組織投資造價(jià)更低。

缺點(diǎn)： 1.由于靜壓箱內(nèi)一部分作用是給通信管線用的，設(shè)計(jì)、施工單位從減少消防保護(hù)區(qū)、降低氣滅系統(tǒng)造價(jià)方面考慮，靜壓箱凈高度較低，在工程早期通信設(shè)備、管線較少，工藝布置整齊有序，有較大的空調(diào)送風(fēng)空間滿足需求，隨著工程的不斷改、擴(kuò)建，數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的各類管線管線越來越多，靜壓箱內(nèi)空調(diào)送風(fēng)需求面積無法得到保障。2.下送上回氣流組織是由整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房地板下部形成一個(gè)靜壓箱，使得數(shù)據(jù)機(jī)房的冷量均勻分布，故靜壓箱地板質(zhì)量的好壞直接影響制冷效果，由于地板質(zhì)量不好，或是施工質(zhì)量較差，使得遠(yuǎn)近服務(wù)器機(jī)柜的制冷效果不均，造成機(jī)房?jī)?nèi)區(qū)域溫度差異較大，從而影響服務(wù)器設(shè)備正常運(yùn)行。因此下送上回氣流組織效果受到靜壓箱地板的質(zhì)量、施工多方面因素的影響。，3，靜壓箱內(nèi)容易灰塵積聚，而且較難清理，如果處理不當(dāng)，灰塵隨氣流組織進(jìn)入數(shù)據(jù)機(jī)柜內(nèi)的服務(wù)器設(shè)備，造成設(shè)備故障，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。4.下送上回氣流組織方式的給排水水管都布置在靜壓箱內(nèi)，泄露時(shí)不容易看到，存在安全隱患。

1.2上送下回氣流組織優(yōu)缺點(diǎn)

上送下回氣流組織方式是在服務(wù)器機(jī)柜上方設(shè)置出風(fēng)口，空調(diào)冷量從出風(fēng)口排出對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)形成制冷，由于冷量與數(shù)據(jù)機(jī)房空氣混合，降低了制冷效果，一般適合用在運(yùn)營(yíng)商小型匯聚機(jī)房或是冷量需求較小的機(jī)房等。

優(yōu)點(diǎn)： 1.因?yàn)闄C(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備均為上走線，給、排水管均為明敷，一旦出現(xiàn)問題，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使機(jī)房不安全的因素在萌芽狀態(tài)予以消滅。2.數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)沒有靜壓箱，使得數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)灰塵不易積聚，從而提高通信設(shè)備過濾網(wǎng)使用周期，減少數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)維的工作量。 3.對(duì)于面積較大的數(shù)據(jù)機(jī)房，通信設(shè)備分期、分批建設(shè)，管網(wǎng)、管線上走線的數(shù)據(jù)機(jī)房有利于擴(kuò)容、擴(kuò)建。

缺點(diǎn)：1.上送下回氣流組織方式是冷量自上而下送到通信設(shè)備，與服務(wù)器設(shè)備熱量交換后回到空調(diào)回風(fēng)口。氣流組織與空氣流動(dòng)特性不一致，不利于數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備的安全運(yùn)行。2.根據(jù)數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的通信設(shè)備的工藝布局，服務(wù)器機(jī)柜的送風(fēng)距離不同。短距離時(shí)，消音送風(fēng)帽的方式即可滿足，機(jī)房?jī)?nèi)的氣流組織為上側(cè)送風(fēng)下側(cè)回風(fēng)方式。長(zhǎng)距離時(shí)，需設(shè)置風(fēng)管、風(fēng)道才能滿足，并與需與機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的各類走線架、消防管網(wǎng)、照明進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免沖突，對(duì)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量提出更高的要求。3.由于上送下回氣流組織方式是通過風(fēng)帽、風(fēng)管、風(fēng)道送到機(jī)房，所需精密空調(diào)風(fēng)機(jī)的機(jī)外余壓比下送上回氣流組織方式要高，因此，同型號(hào)、規(guī)格的精密空調(diào)機(jī)組設(shè)備，上送下回氣流組織方式比下送上回氣流組織方式噪聲要大。4.對(duì)于需要風(fēng)管、風(fēng)道送風(fēng)的數(shù)據(jù)機(jī)房，通信設(shè)備強(qiáng)、弱電走線橋架、消防管網(wǎng)、動(dòng)環(huán)管線、照明等的工藝布置，規(guī)劃不好，會(huì)顯得比較雜亂，沒有下送上回氣流組織方式機(jī)房簡(jiǎn)約、集中、美觀。

1.3 傳統(tǒng)送、回風(fēng)方式的弊端

數(shù)據(jù)機(jī)房精密空調(diào)一般采用下送上回或上送下回兩種氣流組織方式，但隨著6kW以上高功率機(jī)柜的出現(xiàn)，上述兩種傳統(tǒng)精密空調(diào)氣流組織方式已無法滿足高功率機(jī)柜的制冷問題，其短板包括：1.為滿足高密機(jī)柜設(shè)備制冷需求，需要配置更大功率的精密空調(diào)，無法滿足節(jié)能效果。2.在數(shù)據(jù)機(jī)房下送上回氣流組織方式中，精密空調(diào)的冷量自下而上傳遞，而服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)有多層服務(wù)器，由于空調(diào)送風(fēng)和服務(wù)器內(nèi)排風(fēng)氣流垂直交叉，在沒有強(qiáng)制密閉送風(fēng)通道保證的前提下，很難保證上層服務(wù)器有效地接收需要冷量。從而出現(xiàn)服務(wù)器機(jī)柜上部熱島現(xiàn)象。3.不論是下送上回或上送下回氣流組織方式，都很難使機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)冷量合理分布利用，這就是高密機(jī)柜出現(xiàn)后機(jī)房局部產(chǎn)生熱島的原因。

二、優(yōu)化方案

2.1 智能機(jī)柜

通過安裝在機(jī)柜內(nèi)部的溫濕度傳感器，可全方位監(jiān)控機(jī)柜微環(huán)境情況，特別是非常重要的溫度和濕度數(shù)據(jù)信息。管理人員可實(shí)時(shí)掌控機(jī)柜之間的細(xì)微差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜設(shè)施的集中和精細(xì)化管控。在機(jī)柜智能控制系統(tǒng)中，主要集成有顯示屏、溫濕度感應(yīng)報(bào)警裝置、煙霧感應(yīng)裝置、智能空調(diào)系統(tǒng)等等，相比于傳統(tǒng)機(jī)柜更加節(jié)省空間。安裝于智能機(jī)柜系統(tǒng)內(nèi)部的溫、濕度傳感器探測(cè)裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境的溫度和濕度，并實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，智能機(jī)柜需要安裝不同類型的傳感器，進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，從而保障機(jī)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行。比如，當(dāng)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)內(nèi)溫度超設(shè)定范圍，便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)散熱單元進(jìn)行排熱。如機(jī)柜PDU設(shè)備，是為機(jī)柜安裝的電氣設(shè)備提供電力分配而設(shè)計(jì)的，引入機(jī)柜智能PDU便配備有專門的溫濕度傳感器，一般都集成有多個(gè)溫度傳感器和濕度傳感器，設(shè)定報(bào)警閥值，我們基于傳感器數(shù)據(jù)，比較環(huán)境數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)以確定服務(wù)器能耗，進(jìn)而機(jī)架內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高能效。

2.2 冷氣流分配單元

ADU（Air Distribution Unit）是機(jī)房氣流組織的一種部件，用來將空調(diào)機(jī)產(chǎn)生的冷量（冷風(fēng)）強(qiáng)制地配送到IT機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口處，解決傳統(tǒng)送風(fēng)方式的不足，尤其是高功率彌渡的應(yīng)用需求。高密機(jī)柜需要的配風(fēng)風(fēng)量相應(yīng)增加，傳統(tǒng)的地板下送風(fēng)的氣流組織方式已經(jīng)無法解決其制冷需求，存在兩個(gè)制約問題：1.地板下送風(fēng)截面積和通風(fēng)地板出風(fēng)口的有效面積。為了解決地板下送風(fēng)截面積的問題，目前地板靜壓箱越來越高，普遍要求500mm左右。2.通風(fēng)地板出風(fēng)口面積已達(dá)極限，通風(fēng)地板通孔率肯定小于100%，而擴(kuò)大機(jī)柜擁有的通風(fēng)地板出風(fēng)口數(shù)量就必須拓寬機(jī)房區(qū)的面積。因此地板下送風(fēng)的氣流組織方式，目前只能滿足低功率功率密度機(jī)柜要求。

要在傳統(tǒng)的地板下送風(fēng)方式的機(jī)房中，滿足高密度機(jī)柜的制冷需求，需針對(duì)部分高功率密度機(jī)柜，單獨(dú)配置區(qū)域性強(qiáng)制送風(fēng)系統(tǒng)，建議采用ADU方式，提高地板出風(fēng)量及送風(fēng)高度，以解決地板出風(fēng)口的送風(fēng)瓶頸。

2.3 加強(qiáng)維護(hù)深度及周期

通過在電控部分、制冷系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)以及加濕器、室外機(jī)的周期性深度維護(hù)，確保冷卻能力的持續(xù)穩(wěn)定。重點(diǎn)檢查接觸器、空開、電器組件的連接緊固，濾網(wǎng)風(fēng)壓開關(guān)、熱力及電子膨脹閥工作狀況，壓縮機(jī)吸排壓力、制冷管道是否正常等。

2.4 優(yōu)化總結(jié)

以上優(yōu)化方案解決高熱量機(jī)柜溫度的問題和智能運(yùn)維方式，目前已有少部分機(jī)房在投產(chǎn)使用，大部分還沒普遍運(yùn)用，從用戶角度來說還沒有認(rèn)識(shí)到它的優(yōu)越性。從資源方面來說這種方案還是一個(gè)比較節(jié)能的方案，充分利用機(jī)房冷量，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，以上優(yōu)化方案比傳統(tǒng)送風(fēng)方式節(jié)能約25%左右。

三、結(jié)束語

在機(jī)房氣流組織系統(tǒng)環(huán)境中配置智能控制模塊是發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)房氣流組織系統(tǒng)環(huán)境智能分析可以主動(dòng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控效率。盡管目前數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)成熟度還處于提高、發(fā)展階段，相信隨著數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境的需要，技術(shù)的不斷完善，將會(huì)在不久的將來普及到大大小小的IDC機(jī)房;運(yùn)營(yíng)商的核心機(jī)房、匯聚機(jī)房等等，極大提升機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的潛在能力，因此環(huán)境智能分析控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房將是數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控行業(yè)的新趨勢(shì)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 楊玉軍， 胡愷. 二級(jí)機(jī)房空調(diào)能耗智能管理系統(tǒng)[J].廣播電視網(wǎng)絡(luò)，2021.28，（04）

[2] 邵沖. IDC節(jié)能措施探討 [J].電信快報(bào).2017，（04）

[3] 鄒燕. IDC機(jī)房溫度調(diào)控設(shè)計(jì)研究 [D].上海工程技術(shù)大學(xué) 2016.