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机房空调与机房空调节能措施
文章作者:时时彩注册 发布时间:2019-08-07 10:10 点击:
机房对机房空调的要求
机房是数据处理中心,安装有大量的计算机、磁带机、磁介质、交换机、路由器等对环境温湿度、洁净度要求较高的精密设备,对机房环境有严格的要求,其中最重要的是机房温度、湿度和洁净度三个指标。
机房专用空调(精密空调)是为计算机机房(包括程控交换机房)专门设计的特殊空调机,精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制,精密空调系统具有高可靠性,保证系统终年连续运行,并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性,可以保证数据机房四季空调正常运行。 
计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别,二者为不同的目的而设计,无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。
机房专用空调设备类型
机房专用空调设备制冷系统形式很多,可以根据工程项目的特点,选用不同的制冷系统。机房专用空调机组制冷系统主要冷却形式有风冷式、水冷或乙二醇水冷式、冷冻水式、双冷源系统等。
能效评估
PUE值可以从1.0到无限大,国际较先进的机房通常在1.5-2.0。
机房空调节能措施
 
1.机房专用空调设备选型
在对自控新风冷气机设备进行选型过程中,机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据,因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据,然后再对选定的新风设备型号进行其它次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算,可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定。
2.空调系统设计
一般空调系统设计时,系依“最大负荷再加上20-50%预留负载量”而设计;实际运行时,空调系统均并未达满负载状态,系统存有甚大的冗余;因此空调系统需要:
将不必要的冗余空调负载减供;
将无效使用的进行无效能减供;
有效使用大自然新风供冷的制冷能力。
3.机房空调的和谐制冷设置(13种手段) 
(1)提高制冷系统温度设置值。
为了最大限度的提高容量和优化效率,设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。
(程控机房的温度要求保持在15℃-25℃以内,程控交换机房的温度设定为20℃,精度为1℃。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下,没有根据环境温度及设备特点作出相应的调整,室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费,也是对技术优势的浪费。)
(2)适当设定回风温度值。
节能理论依据是,当程控机房需要降温时,空调工作在制冷状态,此时若将回风温度值设高些(在满足机房温度要求的条件下),会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理,当程控机房需要升温时,空调工作在加热状态,此时若将回风温度值设低些,会使加热器运行时间缩短起到节能作用。
(3)改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式;
(4)通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季);
(5)加强机房密封性能,夏季合理利用机房窗帘调温(经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力);
(6)在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备;
根据设备规格:一般每80平方米空间配置一台加湿机和除湿机,技术规格为加湿机5-9公斤/小时、除湿机3-5公斤/小时。在机房相对湿度低于20%时开启加湿机,相对湿度高于80%时开启除湿机。
如果机房使用单独加湿器,切勿使机房湿度值高于需求,这会导致多个制冷设备相抵触运行:如果两个制冷系统回流气体温度不一致,或两个设备的湿度传感器校准不一致,或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度,另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源,而且机房管理员也不容易发现。
制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决:
a)使用中央湿度控制;b)协调制冷设备之间的湿度值;c)关闭制冷系统中一个或多个加湿器;d)使用浮动数值设定。 
确认系统设定值是否相同,校准是否相同,并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下,将浮动数值范围设定为士5%,便可以纠正这一问题。

(7)机房空调联机控制;
a.采取空调联机控制运行的理论依据
对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时,由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗,现象是部分空调处于加热状态,而部分空调则处于降温状态;或者是部分空调处于加湿状态,而部分空调则处于除湿状态,其主要原因如下:
空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害;
空调设备温湿度设置的差异或异常;
空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异;
往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉,这样所带来的电能损失是相当巨大的。以某机房所作的分析,从11月至2月的机房电费支出中每月近三分之一的电费是由于多台空调处于独立工作而内耗掉了。
b.空调内部损耗分析
假设空调Ⅰ对室内温度检测正常,而空调Ⅱ检测有1℃的偏差,两台空调设置温度为20℃,稳定状态范围在18℃-22℃,当温湿度传感器探头检测到室温高于22℃时,压缩机将起动降温,低于18℃时,加热机构则起动升温。
a) 0----t1段:空调Ⅰ和空调Ⅱ处于稳定状态,空调Ⅰ检测的室温为20℃,空调Ⅱ由于偏差1℃检测值在21℃,此时两空调既不加湿,也不降温。
b) t1----t2段:由于机房温度的升高(或是外界环境变化,或是通信设备运行造成的升温)。空调Ⅰ和空调Ⅱ检测温度均在升高。
c) t2----t3段:由于空调Ⅱ的传感器检测的温度已超过22℃(其实有1℃的偏差)。故空调Ⅱ压缩机起动,开始降温。空调Ⅰ也随之温度下降。
d)t3----t4段:随着空调Ⅱ的不断降温(此时已经存在传感器偏差引起的不必要的降温了),在空调Ⅱ达到20℃时并没有停止降温,因为空调内部设置有延时功能,仍要持续一段时间来降温,在t3时刻,空调Ⅰ的检测温度已低于18℃的临界值,故空调Ⅰ开始升温,此时间段是空调Ⅰ升温,空调Ⅱ降温,处于相互作用冲抵阶段,此时便产生严重且不必要的内部损耗。
c.联机控制方案
a)选取机房中某一台空调作为主控空调(空调1),其他空调依次与其控制器连接;
b)通过主控空调来设置联机信息,包括联机数量、各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间;
c)通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调,实现一致性的升降温和加除湿状态;
d)通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行,同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作,部分空调从不工作的弊端。
 
 
(8)采用计算机自动控制技术,随时根据外界因素的变化,通过对空调运行状态的判断,自动调节室内温/湿度值,使压缩机或加热工作时间减少,达到节能目的。
(9)采用水冷作为冷媒的空调或采用制冷背板; 液冷系统的制冷原理是,把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中,用内部水管制冷热风,然后将冷风吹到服务器前部,而热水再回流到室外的循环制冷设备,通过这一过程不断循环达到制冷效果。
形象地理解,液冷设备与精密空调的区别,就像冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说,液冷系统将每个机柜包装成为一个“冰箱”,而精密空调则把整个机房制冷为一个“冷库”,其能耗的差别不言而喻。使用液冷系统节能的效果不仅仅在于制冷方面。“液冷系统有一个与众不同的系统,叫‘Freecooling’(自然冷却系统)。液冷系统的进水口温度需要低于15摄氏度,而当环境温度低于15摄氏度,就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体,仅仅用自然冷量制冷即可。
以上海为例,每年至少有三个月的环境温度低于15摄氏度,也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”,总体而言,相对于传统制冷设备节能30%。
(10)针对设备比较少的机房,通过人为的控制,增加巡视次数,根据现场实际情况,灵活掌握开机数量以及开机时间;
(11)对机房加以改造,增加机房通风换气能力;
(12)适当增加机房内设备隔断,提高机房空调利用率;
(13)整改机房空调送风风道,使温度条件要求高的设备充分得到空调送风,以此提高空调使用效率;
·机房运行环境温湿度要求参考表:
机房工程系统结构示意图
 
从上表中可以得知:
机房专用空调和办公室空调用电量占机房总用电量的70%左右,有效的降低空调的耗电量是降低运维成本的关键;除去设备用电(18%)外,机房照明在总的用电比例(10%)也是相当可观的,所以又必要再强调空调节电的同时注重机房照明的合理使用。
·机房运行环境温湿度要求参考表:
下表列举了全国各城区季度平均温度情况,通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需温度进行调整;
 
 
·各专业主要设备温度条件要求(℃) 
 
上表中所列举温度是该设备正常工作所需要的环境温度条件;从表中可以得知,除蓄电池需要严格的温度范围(20-25℃)外,其他设备工作温度可以在15-30℃之间;
从地区温度与设备工作温度范围比较可以得知:
a) 除去设备本身发热,外界环境一年中大多数时间基本可以满足设备工作环境要求(15-30℃);
b)由于设备本身发热和设备工作设计温度在常温(25℃),通讯机房均装备专用空调设备来保障机房温度稳定在常温下;
c)在春季和秋季室外温度接近设备工作设计温度,此时可以考虑加强机房通风来保障机房稳定的工作环境要求;
d)夏季和冬季是室外温度和设备常温差距最大的时期,空调耗能最大,有效的控制这两个季节空调的使用效率将是降低机房电费成本的关键。
·各地季节性湿度变化情况
下表列举了全国各区域季度平均湿度情况,通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需湿度进行调整; 
 
·各专业主要设备湿度条件要求(%)
 
表中所列举湿度是该设备正常工作所需要的环境湿度条件:
从表中可以得知,除了交换机(40-65%)和蓄电池设备(40-60%)需要较高湿度要求外,其他主要设备工作湿度满足的要求可以在20-80%之间。
从图中可以得知:
a) 外界环境一年中绝大多数时间可以满足主要通信设备工作环境湿度要求(20-80℃);
b) 夏季和冬季中可能出现需要空调处于加湿和除湿的情形,如果通过空调自身的加除湿功能来调节机房湿度可能会增加很大的功率损耗,并且部分机房精密空调不具备太大的调节湿度范围,此时可以考虑解除机房专用空调的加除湿功能,替代为机房增加专用加除湿设备来保障机房适当的湿度需要;
冷气流组织
气流组织就是将空调机送出的冷风通过预定的风道、风口,按预定的风量与风速送往需要制冷的地点,在把设备产生的热空气回收到空调制冷的过程。气流组织分为三个部分,即:冷气产生、冷气配送、气流返回。
机房内计算机设备及机架应采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式,打破常规,将机柜采用“背靠背、面对面”摆放,这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口,形成一个冷空气区--“冷通道”,冷空气流经设备后形成的热空气,排放到两排机柜背面中的“热通道”中,通过热通道上方不知的回风口回到空调系统,是整个机房气流、能量流流动通畅,提高了机房精密空调的利用率,进一步提高制冷效果。如下图所示:

机房工程系统结构示意图
气流组织形式
通常机房制冷的气流组织形式有混合制冷方式、垂直送风制冷方式和水平送风制冷方式三种。 
·混合制冷方式 
混合制冷方式是传统机房常用的方式(俗称冰柜式制冷方式),传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度,它仅仅能保证机房内温度符合要求。传统混合制冷方式布局以整个房间作为冷却对象,造成冷、热气流混流运行,即前面的机柜排出的热风很容易进入后排机柜的进风口,由于冷、热风气流混合,从而造成精密空调制冷及机柜热交换效率降低。
·垂直送风制冷方式
垂直送风方式一般指下送(上送)风上回(侧回)风方式,一般是通过送风管道或地板静压箱开口方式送风,垂直送风方式空调的可减少冷热气流混流,大大提高空调效率,降低工程造价,这种方式是机房经济实用的送风方式。 
·水平送风制冷方式
水平送风方式一般指靠近机柜,沿机柜面均匀水平送出冷风,把冷气均匀地送入机柜内,采用这种送风形式可大大缩短热交换距离,提高空调效率,这是机柜较理想的送风方式。
·气流组织节能措施
1.空调气流循环

问题:机房空调本身的设计是送风量大,机房换气次数高(通常在30~60次/小时),整个机房内能形成整体的气流循环,使机房内的所有设备均能得到冷却。但是某些机房的设计抹杀了这项功能,比如:机房的空调被搁置在另外一个房间,靠隔断上方的回风口,来回风或者靠天花板的微孔来回风致使空调的气流组织受阻,而制冷效果很差,并且报警次数很多,还有静电地板的高度很低,有些地方甚至低于25CM厘米并且下方有很多的线槽和线缆,空调的冷风无法送达到相应的位置;有些地方的静电地板的开口数量及开口的位置不对,造成空调的气流组织不合理。上送风系统,风管的设计一定要合理,风口的数量及大小要合理,否则会影响制冷效果。
节能措施:
a.如果空调是下送风上回风、下走线:地板的高度应在50-80cm。
b. 如果空调是下送风上回风,地板下低于40cm的,将电源及综合布线系统的放在机柜上层,实行上走线模式。
c. 如果地板无法达到标准的高度应采用强制向上排风的装置,以达到气流的正常流通和循环。
d.采用监控系统控制气流的循环,通过机柜内的温湿度的监控来控制风阀送风口的大小开合。
2.机柜的气流组织
机柜即机房,这是未来机房的发展趋势,IT微环境的变化直接关系到整个机房的安全。机柜的摆放的合理性和机柜本身的微循环的问题是目前存在的两大问题。
机柜空间的合理布局对于确保机柜拥有适当温度和足够的冷空气同样非常重要。合理的机柜布局目标是控制空气循环,即避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。通过将机柜按行排列,冷热通道的技术,可以大幅降低短路循环现象,同时按照背靠背的方式布局。根据有关调查显示,大约25%的机房将每排机柜面向统一的方向。将机柜置于统一方向可能导致严重的短路循环问题,一般会出现“热点”,同时系统运行成本也将大幅提高。对于机柜朝向统一方向、且没有采用冷热通道技术的环境。调查显示大多数用户均是按照管理层指示放置的,目的是保持机房的美观。如果没有能够使用冷热通道技术,那么解决这一环境中热点问题的一个有效方法是为受影响的机柜提供一个额外的制冷设备才可以解决。
节能措施
(1)机柜布局:
机柜按行排列,采用冷热通道的技术,背靠背布局
(2)安装盲板:
尽管机柜通常被认为只是一种机械支架,但它对于防止设备排除的热空气重新进入设备进气口至关重要。

机房工程系统结构示意图

如图显示了机柜在安装盲板前热空气在出风口受到轻微增压后,再加上设备进气口的吸力,导致了热空气重新吸入设备进气口的情况,即短路循环。在安装盲饭后,热空气从设备排出,机柜及其盲板提供了屏障功能,截断了热空气短路循环的路径,进而降低了热空气进入进气口的可能。
尽管主要的IT设备制造商均强烈建议使用盲板,但实际上90%或更高比例的机房都忽略了这一点。热空气再循环问题可能导致IT设备的温度上升8℃。安装盲板是一个极其简单的过程,可以用非常低的成本应用于几乎所有的数据中心。
(3)使用标准宽度机柜(使用超宽机柜将可能使得热空气通过设备侧面进行短路循环)
(4)使用深度扩展的机柜。
(5)使用螺丝固定IT设备(使用托盘安装IT设备会造成相关位置盲板的无法安装,从而为热空气的短路循环提供了完全开放的条件,应尽量的避免。)
(6)使用带有风扇系统的机柜,可将底层空气输向机柜前端或从机柜后端主动排除热空气。

机房工程系统结构示意图

(7)合理的负载分布
不合理的设备安装位置,特别是高功率高密度设备的安装位置,可能明显的增加机房的工作压力。当高负载密度、高功率服务器被组合成一个或多个机柜时,便会出现高负载密度设备群。这种情况可能导致数据机房出现热点,并要求操作员采取相应措施,如降低空气温度设置点等。

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