通信机房空调气流组织优化技术要求.doc

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1、中国联通通信机房空调气流组织优化技术要求（试行）中国联合网络通信有限公司2011年4月目 录1、概述22、机房气流组织优化基本要求32.1 机房安全要求32.2 开展气流组织优化的基本条件32.3气流组织优化技术实施步骤43、机房气流组织优化技术要求43.1 通信设备43.2 通信走线槽架43.3 机房建筑进深53.4 机房采用中央空调系统53.5 活动地板下送风，上回风型机房53.6 上送风、下回风型机房64、新建机房气流组织设计要求65、机房气流组织优化效果评估8附件：应用实例91、概述随着信息技术的高速发展以及全球化业务的迅速开展，大型数据中心（IDC）和高密度散热机房的建设与需求越来越

2、多。根据通信局房耗能统计资料：局房通信主设备耗能约50%，空调系统耗能约40%，电源设备及其他约10%。随着高密度计算机/服务器的不断推出，IDC机房设备发热量不断增大，因此提高空调送风效率变得越来越重要，不断优化IDC机房气流组织对于解决IDC机房局部过热问题、提高空调送风效率发挥了重要作用，是机房节能减排工作的重点关注对象。机房在使用过程中，受各种因素制约限制，造成机房气流组织不合理、不通畅，由于通信设备是靠机房空调送入的低温风与其散热充分交换，带走热量，降低机架内温度，气流组织起到热交换媒介纽带作用，当热交换的纽带不顺畅、不合理时，现状只能是机房空调设备容量配置远远大于实际需求量，以满足

3、机房需要。造成空调设备投资增大、运行费用增高，机房PUE值增大。优化机房气流组织，就是对机房内现有的不合理的气流组织，进行归纳分类、根据不同类型，进行合理改造。将冷热空气有效的隔离，让冷空气顺利的送入通信设备内部，进行热交换，将交换产生的热空气送回至空调机组，避免不必要的冷热交换，提高空调系统效率。减少机房运行费用。2、机房气流组织优化基本要求气流组织优化原则：根据机房建筑平面、通信设备布置、空调室内外机布置、空调气流组织、气候特点，在保证机房正常工作、安全的前提下，提出切实可行的减少空调运行费用的措施。2.1 机房安全要求保证通信设备安全正常工作是机房气流组织优化改造前提，任何一种气流组织优

4、化技术在施工过程中，必须不影响机房通信设备正常工作、保证机房安全。在应用气流组织优化技术前，应从以下方面考虑安全要求：(1) 拟采用的气流组织形式应成熟合理。(2) 采用风管等材料满足机房防火要求，并符合机房洁净度要求。(3) 施工措施及采用施工设备对机房没有安全隐患。2.2 开展气流组织优化的基本条件当机房内出现以下情况时，需要结合机房实际环境，考虑应用空调气流组织优化技术。（1）机房内有明显的过热、过冷区域，同一机房内，冷热区温度差别过大。（2）机房内配置的空调，其制冷量远大于机房内设备的总发热量，且机房内全部空调都开启时，仍无法满足机房环境温度标准要求。2.3气流组织优化技术实施步骤(1

5、) 勘察机房空调系统现状。主要是空调配置容量、机房通信设备功耗、气流组织和通信设备机架平面布置、走线架槽道现状。(2)分析机房基本资料：如机房内冷热区域温度差、气流组织不合理的原因、机架散热对气流组织的要求等。(3)根据分析，确定合理的气流组织优化方案和实施方案。(4) 空调气流组织优化技术实施。(5) 空调气流组织优化效果评估。3、机房气流组织优化技术要求受建筑层高、进深、通信设备走线方式、通信设备平面布置、传统习惯等等的影响，目前机房内气流组织影响因素主要是机房建筑平面、通信设备、走线架、送回风方式。针对不同的原因其气流组织优化措施不同，具体要求如下：3.1 通信设备(1) 通信设备前后面

6、板开孔太少，造成机架内热量散热效果不好的机房，在保证机架面板牢固的前提下，对机架面板增加开孔，增大通风量，降低机架内部温度。(2)目前不使用的通信机架之间安装挡板，通信机架内安装盲板，防止气流短路。3.2 通信走线槽架走线槽道布置与空调送风气流组织有冲突的机房，对于上走线的走线槽道，尽量采用走线架，把走线槽两面的挡板拆除，改善空调送风效果。走线太多遮挡送风气流时，应调整空调出风位置，避免造成气流短路。3.3 机房建筑进深对于机房进深大、空调送风距离较远，送风末端通信机架散热效果不好，造成空调气流组织不合理的机房，在机房顶部有空间时，对其空调系统进行准确送风改造，增加送风管和送风口，做到有组织对

7、各个机架送风。或在远端增加空调室内机。3.4 机房采用中央空调系统对于采用中央空调系统的机房，在做气流组织优化前，应先进行下述工作：(1)了解中央空调系统的冷冻水管冷冻水总流量、供回水温度、需改造机房的流量。(2)根据冷冻水供回水温度和流量实际情况，核对空调室内机配置容量是否满足机房要求。通过核对，如果是由于中央空调系统冷冻水的流量和供水温度原因，造成空调制冷能力不足影响气流组织的机房，应先对其进行相关技术改造，满足机房需要后才能进行气流组织改造。3.5 活动地板下送风，上回风型机房对于机房采用活动地板下送风，上部回风的机房视机房实际情况采用下述方式中适合的措施进行改造。但如有未述及更合适的措

8、施也可采用。(1) 有条件时，将通信设备采用面对面、背对背方式布置，使面对面一侧形成冷风通道（冷区）、背对背一侧形成热风通道（热区）。(2)在机架空位上安装假面板，以避免热空气和冷空气混合.(3) 解决地板下方各空调器送风口被电缆桥架和空调水管堵住的问题，可能的情况下，应将空调水管或电缆线改道。 (4) 可考虑在地板下送风空间适当加设接力风机的方式。风机的安装应符合三线分离要求，并采取必要安全措施。(5) 根据各机架实际需要风量，对空调系统的送风量进行重新调整与合理分配。(6) 进行系统风量调整时，应充分考虑远离空调机的机架处送风量与回风量的平衡，以保证各机柜有足够的冷却空气进入通信设备，并且

9、通信设备排出的热空气能顺利地排至空调机的回风口。 3.6 上送风、下回风型机房对于采用上送风、下回风的机房视机房实际情况采用下述方式中适合的措施进行改造，但如有未述及更合适的措施也可采用。(1) 在机架空位上安装假面板，以避免热空气和冷空气混合.(2) 改造通信机柜散热风机的数量或型号，以确保进入各通信设备的空调冷却风量与设计值匹配。(3)根据各机架实际需要风量，对空调系统的送风量进行重新调整与合理分配；并应尽量将送风口伸进机架区域。 (4) 在进行系统风量调整时，应充分考虑远离空调机的机架处送风量与回风量的平衡，以保证各机柜前有足够的冷却空气进入通信设备，并且被排出的热空气能顺利地排至空调机

10、的回风口。 (5) 采用射程远、衰减慢的送风口形式，并考虑通过在天花板安装接力送风设备的方式，加强远离空调送风口机架区域的冷气流的流动。(6)对于远离空调机回风口的机架，为了确保回风量的平衡，可采用机械风机方式，增加远端机架回风量。 (7) 有条件时，将通信设备采用面对面、背对背方式布置，使面对面一侧形成冷风通道（冷区）、背对背一侧形成热风通道（热区）。(8) 在冷通道空调侧加装塑钢门，用于阻挡冷空气回流至空调机组。(9) 在热通道的空调反方向侧加装塑钢门，强制热空气只能排向空调机组方向。(10) 改造后有部分风道不能起到送风效果时，将多余风道关闭。(11) 冷区两端的封闭门、尤其是靠近空调机

11、侧的门应当保持关闭。(12) 机房内采用消音送风帽送风形式，可增加送风管。4、新建机房气流组织设计要求气流组织从机房的平面布置开始，根据通信设备机架型式、走线方式、通信机架平面布置等多方协商，统筹考虑，合理节能的气流组织型式需要多专业配合。最大能力发挥空调系统节能优势。（1）机架应采用面对面、背对背方式布置，使面对面一侧形成冷风通道（冷区）、背对背一侧形成热风通道（热区）。机房冷/热分区后，冷、热通道的间距应根据计算确定。（2）新建核心机房、数据中心机房、高发热机房气流组织型式应采用架空地板下送风、上回风方式，通信设备采用上走线方式。架空地板内不应布放通信线缆，空调管道和线缆不应阻挡空调送风。

12、（3）应通过计算确定架空地板的净高，确保架空地板下的送风断面风速控制在1.52.5米/秒。活动地板净高度不宜小于350mm。（4）特殊情况下，必须采用上送风、下回风方式时，应采用风道送风方式，风道、送风口的尺寸规格应根据通信设备散热量大小计算确定。（5）当空调送风距离大于15米时，应在机房两侧布置空调室内机，从机房两端送风。（6）空调送风口的开口面积应根据计算确定，并应能灵活地调整出风量。（7）当机房局部安装高发热量设备时，可采用封闭冷通道、热通道的技术措施。（8）当机房局部安装高发热量设备时，应采用防止局部过热的技术措施。5、机房气流组织优化效果评估机房气流组织优化对于提高空调工作效率，消除

13、机房内局部过热区域发挥了重要作用，因此采用气流组织优化技术的机房，对其节能效果的评估也是气流组织优化工作的重要环节。（1）气流组织优化节能效果评估：节能率=（优化前空调平均功率-优化后空调平均功率负载系数）/优化前空调平均功率（2）平均功率算法：空调平均功率=评估期间空调功耗/评估周期（3）评估周期：节能效果评估周期应选择较长（建议15天）的时间段，且优化前和优化后评估周期内室外环境温度应尽量保持一致。（4）负载系数算法：负载系数=优化前通信设备总功率/优化后通信设备总功率附件：应用实例天津塘沽IDC机房冷热风道隔离节能技术应用报告【工作要点】一、主要举措：1、改善IDC机房的气流组织状况，将

14、冷热空气有效的隔离，让冷空气顺利的送入服务器内部，进行热交换，将交换产生的热空气强制回流至空调机组，避免不必要的冷热交换。2、协调用户调整服务器的摆放方向，使每排的服务器头对头，背对背的摆放，形成热通道和冷通道分开的机架布局。二、工作成效：1、改造后9层UPS输出电流下降了3%左右，主要因服务器的整体温度下降，使温控散热风扇转速下降或是停止，致使服务器的耗电量下降，由于服务器耗费的电能大部分会转化为热能，服务器的用电量下降了，空调的用电量也自然下降，每年可节电18万度左右。2、改造后机房内部气流组织趋于合理，解决了上送风下侧回风的气流组织诸多弊病，冷热空气基本隔离，避免了无谓的热交换，并增加了

15、热空气的回流量，提高空调制冷效果。【具体介绍】 一、 工作背景滨海数据中心是天津地区最大的IDC机房之一，凭借其优良品质，被集团评为五星级称号，多年来受到众多知名网络公司的青睐，但是由于历史原因，机房的制冷系统采用的是上送风方式，机房内气流组织较混乱，加之用户服务器摆放不合理，冷热气流混合现象严重，导致机房制冷利用效率低下，能耗费用不断增加。二、 技术原理1、 存在的问题 气流组织现状：滨海数据中心现有的上送风空调系统，存在先天的弊病，如图1所示的上送下侧回的气流组织图，上送风系统首先是降低机房的环境温度，然后才能使机柜降温、冷却，空调的大部分制冷量消耗在了降低环境温度上，而不是直接去降低设备

16、的温度，容易出现室温已经达到常规设定值而机架内设备温度却较高甚至高温的现象，制冷效率低。图1服务器摆放不合理:目前上送风IDC 机房基本上是所有机架正面朝同一方向的排队式摆放，如图2、图3所示，前排设备排出的热风被后排设备吸入，导致后排设备温度升高，最终形成恶性循环。图2图3无回风专用通道:上送风的空调送风方式是由机房的上部将冷空气送到设备，与热空气交换后，从机房的下部回到空调机组内。机房的送风气流组织与空气流动特性相矛盾，冷空气往下沉，热空气往上升，容易发生冷、热空气掺混，不利于热空气的回流，影响制冷效率。部分风道安装位置不合理:部分风道的出风口被安装在服务器的出风口，不能起到制冷效果。2、

17、改造方案针对上述存在的问题，塘沽分公司制定了风道隔离方案，意在改善整个机房的气流组织，将冷热空气有效的隔离，让冷空气顺利的送入服务器内部，进行热交换，将交换产生的热空气强制回流至空调机组，避免不必要的冷热交换。该方案分为两步：第一步，协调用户，调整服务器的摆放方向，使每排的服务器都是头对头，背对背的摆放，形成热通道和冷通道分开的机架布局，如图4。图4第二步，对冷热通道进一步的隔离，具体措施为：1、在机架空位上安装假面板，以避免热空气和冷空气混合；2、在热通道顶部加装吊顶，防止热空气上升，造成环境温度升高；3、在冷通道空调侧加装塑钢门，用于阻挡冷空气回流至空调机组；4、在热通道的空调反方向侧加装

18、塑钢门，强制热空气只能向空调机组方向回流；5、将多余风道关闭。改造后有部分风道不能起到送风效果，所以做关闭处理。3、 测试与分析在滨海IDC9层机房，选取了10列机架进行了改造，涉及机架共210个，改造后的机房气流组织趋于合理，冷空气被有效的控制在固定区域，供服务器热交换使用，而热空气也被强制的送回了空调机组，整个过程冷热空气没有进行无谓的热交换，提高了制冷效率，弥补了上送风的固有缺点。改造区域现状:服务器都是头对头，背对背摆放，形成冷热通道，如图5、图6。图5、图6 在空机位处安装了挡板，如图7，在热通道安装了吊顶，如图8，有效的将冷热空气阻隔，避免不必要的热交换。图7、图8 在热通道的空调

19、反方向侧加装塑钢门，强制热空气回流至空调机组，如图9、图10所示。图9、图10 在冷通道空调侧加装塑钢门，用于阻挡冷空气回流至空调机组，提高制冷效率。图11、图12气流组织分析与对比:经过改造，机房的气流组织趋于合理，解决了上送下侧回的气流组织诸多弊病，冷热空气基本隔离，避免了无谓的热交换，并增加了热空气的回流量，制冷效果明显，改造后的机房气流组织如图13所示。图13温度测试与对比表1是改造前后服务器前后的环境温度入风侧环境温度出风侧环境温度温差改造前28312改造后24.5294.5表1改造前服务器入风侧环境平均温度在28度以上，出风侧环境平均温度在30以上，局部热点在40度以上，因为改造前

20、服务器摆放方向一致，造成服务器前后的温差比较小，但是因为入风温度比较高，制冷效果差。改造后冷风道的平均温度在24.5度，热风道的平均温度在29 度左右，局部热点温度也不超过35 度，冷却效果显著。节能率（用电数据对比） 如表2所示，改造后9层UPS输出电流下降了3%左右，其主要原因是服务器的整体温度下降了，其温控散热风扇转速下降或是停止，致使服务器的耗电量下降，由于服务器耗费的电能大部分会转化为热能，服务器的用电量下降了，空调的用电量也自然下降。A相平均电流B相平均电流C相平均电流平均电流改造前1130112511191124.5改造后1101109010891093表2根据上表数据估算，每月

21、可节电1.44万度左右,年节电17万度以上。三、投资回收期总结： 本次冷热风道隔离共投资8万余元，主要包括隔离用塑钢隔板费用，调整服务器的摆放方向在征得用户配合的前提下未发生费用，节约的电费6个月既可收回投资。四、适用性 凡上送风空调系统，以及可调整服务器的摆放方向的IDC 机房。五、技术优缺点优点：1、改造后服务器的入风温度及出风温度都明显下降；2、单机架的耗电量也有所下降；3、可以有效的克服上送风机房的诸多缺点，经过合理的气流组织，解决了制冷不均匀、局部热岛现象、制冷效率低等问题；缺点：1、 老机房协调用户调整服务器的摆放方向有一定难度，尤其单个IDC机房内存在较多规模较小的不同用户时，容易互相推诿扯皮；2、 单个机房内用户规模较大，甚至租用整个机房的用户，因改造后可大大改善服务器的运行环境，更容易需获得用户的大力配合。