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摘 要：数据中心空调气流直接影响到温度控制效果，良好的气流组织可以在达到要求的情况下获得更好的节能效果。在文中，主要就数据中心空调气流组织精细化管理进行探讨，为实现数据中心的节能减排提供借鉴。
关键词：数据中心;空调;气流组织;精细化管理
由于金融行业对IT技术的高度依赖，金融行业普遍重视数据中心的建设，大力推进“两地三中心”或“多活数据中心”战略，数据中心建设规模越来越大，用电报装容量从几百KVA发展到几万KVA，甚至几十万KVA。在支持金融业提升服务效率和管理水平，以及为社会大众提供便捷服务的同时，数据中心巨大的能源消耗，以及对环境和生态的影响，正受到全社会的关注。降低数据中心能耗，实现绿色高效运行，既是金融业积极承担社会责任的体现，也是切实降低金融机构运转成本的客观要求。
中国人民银行总行数据中心以机房制冷微环境为切入点，使用6西格玛软件实现机房气流组织建模，对影响机房内制冷利用效率的因素进行深入分析，验证了几种可以优化机房气流组织并实现空调系统节能的有效方法，在数据中心资源节约和基础设施运维动态化、精细化管理方面进行了有益的探索。
关注机房气流组织的意义
数据中心机房制冷的实现原理是：空调吹出的冷空气经过一定路径完成与IT设备散热的充分交换，带走热量变为热空气，然后被吸收至回风口进行冷却再继续循环。当热交换的纽带不顺畅、不合理时，冷量就会被浪费，只能配置更大制冷量的空调满足降温需求，从而造成运行和投资费用增大、PUE值升高。因此，优化机房气流组织，对于解决机房局部过热，提高冷量利用效率和节能降耗有重要意义。机房供回风布局、机柜内设备摆放方式、空调运行方式都可以影响气流组织。
1.供回风布局对气流组织的影响
空调与末端机柜距离太远、机柜摆放杂乱都是供回风布局不合理的表现，机房内不划分冷热通道对机房整体的制冷效率影响最大。本文使用6西格玛专业仿真软件，以人民银行总行数据中心一个机房模块作为研究对象，采用实际数据进行了气流组织仿真，设计了划分冷热通道和不划分冷热通道两个模型，气流组织变化仿真结果如图1所示。从颜色分布看，左图中机柜温度明显更高，机柜出现红色区域是发生局部高温的前兆，右图中机柜温度则相对均匀，这说明不区分冷热通道时，IT设备冷却不充分;从气流路径看，左右两图中代表气流的线条在空间分布和颜色上也存在很大差别，说明机房供回风布局对气流组织起着决定性作用，从而根本上影响着机房内的冷量利用效率。
2.机柜内设备摆放方式对气流组织的影响
数据中心机房机柜内IT设备之间通常存在一定的空隙（1U或更多），且空隙处未安装盲板。这种设备摆放方式其实不利于设备散热。因为设备排出的热风在出风口附近形成局部正压，而设备进风口是局部负压，出风口的热风散流会随着这一压力沿设备间的空隙回到进风口处，直接降低制冷效果。以同一个机房模块为研究对象，设计了机柜内设备间隔1U摆放且不安装盲板和设备逐台叠放且剩余空间安装盲板两个模型，仿真结果如图2所示。可以看出，左图机柜进风侧和出风侧的温度都不均匀，说明有的位置上制冷效果降低而有的位置存在冷量浪费。右图机房进风侧和出风侧温度相对均匀，说明机柜制冷效果良好。为了降低能耗，在逐台叠放的方式下，可适当减少空调开启时间。而在设备间隔摆放方式下，由于机房各处温度不均匀，一旦减少空调开启时间，就会发生局部过热情况。
3.空调运行方式对气流组织的影响
数据中心机房精密空调的编组和运行方式决定了机房区域的基本制冷条件，由于每个机房的空间大小和形状都不一样，机房内巡检通道设置、机柜及空调摆放格局也不尽相同。我们对同一机房模块内三台按照“两用一备”配置的精密空调进行了不同运行组合下的气流组织分析，制冷效果对比如图3所示。
左侧图红色区域最多，中间图次之，右侧图基本没有红色区域，说明空调运行方式对制冷效果有显著影响。在大型系统上线前或新的机房区域启用前，应提前通过气流组织仿真的方式，筛选制冷效果最好的空调运行方案。
优化机房气流组织的措施
机房气流组织形式其实一直在发展，比如精密空调的送风方式从风帽上送风、风管上送风演变为以地板下送风为主;各类IT设备的进出风形式也从早期的下进后出、前进后出、侧进侧出等多种形式规范为如今的前进后出。但随着IT设备更新周期越来越短，单机柜内设备数量、功率密度和发热密度不断提高，机房内局部区域出现热点在所难免，需要持续开展气流组织状态评估，并采取有效措施实现气流组织优化。
1.实施冷通道封闭提升整体制冷效果
在区分冷热通道的基础上，还可以通过冷通道封闭的方法进一步提高对机房气流组织的控制：把整个冷通道的两端和顶部封闭起来，整个冷通道形成一个封闭的“冷池”，彻底隔绝了冷风和热风的混合，冷风全部用于设备散热，冷通道的上方和侧面封闭板与消防系统联动，在发生火灾时可接收消防系统的指令紧急开启灭火。传统机房可以通过改造实现冷通道封闭，新机房应在设计阶段提早安排。
我们利用仿真软件对前述的生产机房进行了模拟“改造”，将机房的两个冷通道进行了封闭，从“改造”前后机房制冷效果对比图（图4）可看出，左图中位于冷通道两端的机柜进风口边缘进风温度比冷通道其它位置高，说明这些位置存在冷热气流混杂，导致各处进风温度不一致。右图冷通道内温度均匀，整个机房中基本没有黄色区域出现，说明冷量利用率较高。
2.精细调整冷量保障局部制冷能力
在保持机房整体制冷条件不变的前提下，还可通过以下方法实现对局部高温点制冷量的精细化调整。一是人工调整法，及时调大局部高温点附近冷通道上通风地板的通风间隙以加大冷量供给;二是智能调整法，对于通风间隙已经调至最大但仍存在高温风险的点位，可采取将局部热点附近原有普通通风地板更换为可强制送风的智能温控地板，一旦温度超过设定的最高温度智能地板上的风机就会启动，这样可以实现随温度变化的制冷量跟踪调整以降低机柜高温风险。
3.科学管理分配机房基础设施资源
机房内设备摆放需要综合考虑机房内空调配置情况、拟上架设备的散热量和散热方式、拟上架区域的制冷承载能力等多方面因素，实现动态管理。比如机房内温度相对较高的区域应慎重增加大容量设备、上架前要认真核实设备进出风口位置以防反向安装、新增机柜应检查柜门开孔率和开孔面积以确定机柜的通风效果等等。
結语
金融业数据中心应高度重视气流组织对机房制冷效果的影响，在机房制冷供给各个环节上进行精细化管理，多措并举优化机房气流组织，提高空调制冷效率，积极探索实现数据中心绿色节能发展的新方法。
参考文献
[1]李鹏魁，傅允准.机房列间空调气流组织数值模拟分析[J].上海工程技术大学学报，2018，32（03）：244-249.
[2]李婷婷，黄翔，杨立然.数据中心热环境数值模拟影响因素分析[J].西安工程大学学报，2018，32（04）：425-430.
[3]周凯思. 数据中心用机架空调气流组织模拟研究[D].湖南大学，2018.
责编/马铭阳
关键词：数据中心;空调;气流组织;精细化管理
由于金融行业对IT技术的高度依赖，金融行业普遍重视数据中心的建设，大力推进“两地三中心”或“多活数据中心”战略，数据中心建设规模越来越大，用电报装容量从几百KVA发展到几万KVA，甚至几十万KVA。在支持金融业提升服务效率和管理水平，以及为社会大众提供便捷服务的同时，数据中心巨大的能源消耗，以及对环境和生态的影响，正受到全社会的关注。降低数据中心能耗，实现绿色高效运行，既是金融业积极承担社会责任的体现，也是切实降低金融机构运转成本的客观要求。
中国人民银行总行数据中心以机房制冷微环境为切入点，使用6西格玛软件实现机房气流组织建模，对影响机房内制冷利用效率的因素进行深入分析，验证了几种可以优化机房气流组织并实现空调系统节能的有效方法，在数据中心资源节约和基础设施运维动态化、精细化管理方面进行了有益的探索。
关注机房气流组织的意义
数据中心机房制冷的实现原理是：空调吹出的冷空气经过一定路径完成与IT设备散热的充分交换，带走热量变为热空气，然后被吸收至回风口进行冷却再继续循环。当热交换的纽带不顺畅、不合理时，冷量就会被浪费，只能配置更大制冷量的空调满足降温需求，从而造成运行和投资费用增大、PUE值升高。因此，优化机房气流组织，对于解决机房局部过热，提高冷量利用效率和节能降耗有重要意义。机房供回风布局、机柜内设备摆放方式、空调运行方式都可以影响气流组织。
1.供回风布局对气流组织的影响
空调与末端机柜距离太远、机柜摆放杂乱都是供回风布局不合理的表现，机房内不划分冷热通道对机房整体的制冷效率影响最大。本文使用6西格玛专业仿真软件，以人民银行总行数据中心一个机房模块作为研究对象，采用实际数据进行了气流组织仿真，设计了划分冷热通道和不划分冷热通道两个模型，气流组织变化仿真结果如图1所示。从颜色分布看，左图中机柜温度明显更高，机柜出现红色区域是发生局部高温的前兆，右图中机柜温度则相对均匀，这说明不区分冷热通道时，IT设备冷却不充分;从气流路径看，左右两图中代表气流的线条在空间分布和颜色上也存在很大差别，说明机房供回风布局对气流组织起着决定性作用，从而根本上影响着机房内的冷量利用效率。
2.机柜内设备摆放方式对气流组织的影响
数据中心机房机柜内IT设备之间通常存在一定的空隙（1U或更多），且空隙处未安装盲板。这种设备摆放方式其实不利于设备散热。因为设备排出的热风在出风口附近形成局部正压，而设备进风口是局部负压，出风口的热风散流会随着这一压力沿设备间的空隙回到进风口处，直接降低制冷效果。以同一个机房模块为研究对象，设计了机柜内设备间隔1U摆放且不安装盲板和设备逐台叠放且剩余空间安装盲板两个模型，仿真结果如图2所示。可以看出，左图机柜进风侧和出风侧的温度都不均匀，说明有的位置上制冷效果降低而有的位置存在冷量浪费。右图机房进风侧和出风侧温度相对均匀，说明机柜制冷效果良好。为了降低能耗，在逐台叠放的方式下，可适当减少空调开启时间。而在设备间隔摆放方式下，由于机房各处温度不均匀，一旦减少空调开启时间，就会发生局部过热情况。
3.空调运行方式对气流组织的影响
数据中心机房精密空调的编组和运行方式决定了机房区域的基本制冷条件，由于每个机房的空间大小和形状都不一样，机房内巡检通道设置、机柜及空调摆放格局也不尽相同。我们对同一机房模块内三台按照“两用一备”配置的精密空调进行了不同运行组合下的气流组织分析，制冷效果对比如图3所示。
左侧图红色区域最多，中间图次之，右侧图基本没有红色区域，说明空调运行方式对制冷效果有显著影响。在大型系统上线前或新的机房区域启用前，应提前通过气流组织仿真的方式，筛选制冷效果最好的空调运行方案。
优化机房气流组织的措施
机房气流组织形式其实一直在发展，比如精密空调的送风方式从风帽上送风、风管上送风演变为以地板下送风为主;各类IT设备的进出风形式也从早期的下进后出、前进后出、侧进侧出等多种形式规范为如今的前进后出。但随着IT设备更新周期越来越短，单机柜内设备数量、功率密度和发热密度不断提高，机房内局部区域出现热点在所难免，需要持续开展气流组织状态评估，并采取有效措施实现气流组织优化。
1.实施冷通道封闭提升整体制冷效果
在区分冷热通道的基础上，还可以通过冷通道封闭的方法进一步提高对机房气流组织的控制：把整个冷通道的两端和顶部封闭起来，整个冷通道形成一个封闭的“冷池”，彻底隔绝了冷风和热风的混合，冷风全部用于设备散热，冷通道的上方和侧面封闭板与消防系统联动，在发生火灾时可接收消防系统的指令紧急开启灭火。传统机房可以通过改造实现冷通道封闭，新机房应在设计阶段提早安排。
我们利用仿真软件对前述的生产机房进行了模拟“改造”，将机房的两个冷通道进行了封闭，从“改造”前后机房制冷效果对比图（图4）可看出，左图中位于冷通道两端的机柜进风口边缘进风温度比冷通道其它位置高，说明这些位置存在冷热气流混杂，导致各处进风温度不一致。右图冷通道内温度均匀，整个机房中基本没有黄色区域出现，说明冷量利用率较高。
2.精细调整冷量保障局部制冷能力
在保持机房整体制冷条件不变的前提下，还可通过以下方法实现对局部高温点制冷量的精细化调整。一是人工调整法，及时调大局部高温点附近冷通道上通风地板的通风间隙以加大冷量供给;二是智能调整法，对于通风间隙已经调至最大但仍存在高温风险的点位，可采取将局部热点附近原有普通通风地板更换为可强制送风的智能温控地板，一旦温度超过设定的最高温度智能地板上的风机就会启动，这样可以实现随温度变化的制冷量跟踪调整以降低机柜高温风险。
3.科学管理分配机房基础设施资源
机房内设备摆放需要综合考虑机房内空调配置情况、拟上架设备的散热量和散热方式、拟上架区域的制冷承载能力等多方面因素，实现动态管理。比如机房内温度相对较高的区域应慎重增加大容量设备、上架前要认真核实设备进出风口位置以防反向安装、新增机柜应检查柜门开孔率和开孔面积以确定机柜的通风效果等等。
結语
金融业数据中心应高度重视气流组织对机房制冷效果的影响，在机房制冷供给各个环节上进行精细化管理，多措并举优化机房气流组织，提高空调制冷效率，积极探索实现数据中心绿色节能发展的新方法。
参考文献
[1]李鹏魁，傅允准.机房列间空调气流组织数值模拟分析[J].上海工程技术大学学报，2018，32（03）：244-249.
[2]李婷婷，黄翔，杨立然.数据中心热环境数值模拟影响因素分析[J].西安工程大学学报，2018，32（04）：425-430.
[3]周凯思. 数据中心用机架空调气流组织模拟研究[D].湖南大学，2018.
责编/马铭阳