刘清东 梁运栋

【摘要】    探讨了传统精密空调的送风方式，从精密空调的送风方式及传统送风方式的弊端，以現有前沿产品为例，从智能机柜、冷气流分配单元ADU（Air Distribution Unit）两个维度展开分析，改造前后机房冷量利用效率的提高，为后续的机房建设做好铺垫，同时也为在运行的机房优化提供参考、借鉴。

【关键词】    机房环境    智能控制

引言：

伴随着数据业务的快速发展，数据机房内的单机柜功耗越来越高，导致对数据机房制冷的要求也越来越高。如何保证数据机房在标准的环境中高效可靠的运行成为未来数据机房面临的挑战。根据机房的使用要求、冷热负荷构成特点以及环境条件等，为了在机房气流组织调节设计中采用先进技术，提高设备运行效率，合理利用和节约能源与资源，营造高效的机房环境，对现有机房空调制冷系统进行精细化管理。

一、传统机房精密空调的控制方式及优缺点

传统机房精密空调的送、回风方式一般有上送风下回风、下送风上回风两种，针对数据机房环境和设备运行要求，选择数据机房整体的送、回风方式，来达到满足机房稳定运行的目的。

1.1下送上回气流组织优缺点

下送上回气流组织方式是将地板下作为静压箱，在数据机柜下方设置可调节大小的出风口或数据机柜前方设置通风地板，使精密空调冷量自下而上传递给服务器设备，将服务器产生的热量带走，并回流到精密空调的回风口，从而保证设备在一个恒温环境下工作。

优点： 1.下送上回气流组织方式是将冷量直接从底部静压箱传递给通信设备内，交换热量后，回流至空调回风口。空调气流组织方向与机房内空气冷热原理特性相同，空调制冷效果较好。2.数据机房内静压箱的空间大大超过精密空调的风帽、风管截面积，精密空调下送上回的气流组织方式送出的风量比较均匀。 3.因为是数据机房静压箱内送风，与精密空调上送下回气流组织方式比较，所需的送风风压较低，噪声相对较小。 4.下送上回气流组织方式不需风管和风道，从设计、施工角度来说，相对简单、统一、集中，精密空调设备的布局可以根据服务器机柜上下架位置不同进行灵活调整。由于精密空调工艺所需的冷媒、进水管、排水管、电源线等均敷设在活动地板内，使得机房内的工艺布局显得简约、美观。仅从空调专业投资来说，相对下送上回气流组织投资造价更低。

缺点： 1.由于静压箱内一部分作用是给通信管线用的，设计、施工单位从减少消防保护区、降低气灭系统造价方面考虑，静压箱净高度较低，在工程早期通信设备、管线较少，工艺布置整齐有序，有较大的空调送风空间满足需求，随着工程的不断改、扩建，数据机房内的各类管线管线越来越多，静压箱内空调送风需求面积无法得到保障。2.下送上回气流组织是由整个数据机房地板下部形成一个静压箱，使得数据机房的冷量均匀分布，故静压箱地板质量的好坏直接影响制冷效果，由于地板质量不好，或是施工质量较差，使得远近服务器机柜的制冷效果不均，造成机房内区域温度差异较大，从而影响服务器设备正常运行。因此下送上回气流组织效果受到静压箱地板的质量、施工多方面因素的影响。，3，静压箱内容易灰尘积聚，而且较难清理，如果处理不当，灰尘随气流组织进入数据机柜内的服务器设备，造成设备故障，影响设备的安全运行。4.下送上回气流组织方式的给排水水管都布置在静压箱内，泄露时不容易看到，存在安全隐患。

1.2上送下回气流组织优缺点

上送下回气流组织方式是在服务器机柜上方设置出风口，空调冷量从出风口排出对数据机房内形成制冷，由于冷量与数据机房空气混合，降低了制冷效果，一般适合用在运营商小型汇聚机房或是冷量需求较小的机房等。

优点： 1.因为机房内通信设备均为上走线，给、排水管均为明敷，一旦出现问题，能够及时发现，使机房不安全的因素在萌芽状态予以消灭。2.数据机房内没有静压箱，使得数据机房内灰尘不易积聚，从而提高通信设备过滤网使用周期，减少数据机房内设备运维的工作量。 3.对于面积较大的数据机房，通信设备分期、分批建设，管网、管线上走线的数据机房有利于扩容、扩建。

缺点：1.上送下回气流组织方式是冷量自上而下送到通信设备，与服务器设备热量交换后回到空调回风口。气流组织与空气流动特性不一致，不利于数据机房内通信设备的安全运行。2.根据数据机房内的通信设备的工艺布局，服务器机柜的送风距离不同。短距离时，消音送风帽的方式即可满足，机房内的气流组织为上侧送风下侧回风方式。长距离时，需设置风管、风道才能满足，并与需与机房内设备的各类走线架、消防管网、照明进行协调，避免冲突，对设计、施工质量提出更高的要求。3.由于上送下回气流组织方式是通过风帽、风管、风道送到机房，所需精密空调风机的机外余压比下送上回气流组织方式要高，因此，同型号、规格的精密空调机组设备，上送下回气流组织方式比下送上回气流组织方式噪声要大。4.对于需要风管、风道送风的数据机房，通信设备强、弱电走线桥架、消防管网、动环管线、照明等的工艺布置，规划不好，会显得比较杂乱，没有下送上回气流组织方式机房简约、集中、美观。

1.3 传统送、回风方式的弊端

数据机房精密空调一般采用下送上回或上送下回两种气流组织方式，但随着6kW以上高功率机柜的出现，上述两种传统精密空调气流组织方式已无法满足高功率机柜的制冷问题，其短板包括：1.为满足高密机柜设备制冷需求，需要配置更大功率的精密空调，无法满足节能效果。2.在数据机房下送上回气流组织方式中，精密空调的冷量自下而上传递，而服务器机柜内有多层服务器，由于空调送风和服务器内排风气流垂直交叉，在没有强制密闭送风通道保证的前提下，很难保证上层服务器有效地接收需要冷量。从而出现服务器机柜上部热岛现象。3.不论是下送上回或上送下回气流组织方式，都很难使机房内空调冷量合理分布利用，这就是高密机柜出现后机房局部产生热岛的原因。

二、优化方案

2.1 智能机柜

通过安装在机柜内部的温湿度传感器，可全方位监控机柜微环境情况，特别是非常重要的温度和湿度数据信息。管理人员可实时掌控机柜之间的细微差异，实现对机柜设施的集中和精细化管控。在机柜智能控制系统中，主要集成有显示屏、温湿度感应报警装置、烟雾感应装置、智能空调系统等等，相比于传统机柜更加节省空间。安装于智能机柜系统内部的温、湿度传感器探测装置，可实时监测稳压电源系统内部环境的温度和湿度，并实时显示在屏幕上。针对不同的应用场景，智能机柜需要安装不同类型的传感器，进行全方位监测，从而保障机柜安全稳定运行。比如，当稳压电源系统内温度超设定范围，便会自动启动散热单元进行排热。如机柜PDU设备，是为机柜安装的电气设备提供电力分配而设计的，引入机柜智能PDU便配备有专门的温湿度传感器，一般都集成有多个温度传感器和湿度传感器，设定报警阀值，我们基于传感器数据，比较环境数据和能耗数据以确定服务器能耗，进而机架内的温度进行调节，提高能效。

2.2 冷气流分配单元

ADU（Air Distribution Unit）是机房气流组织的一种部件，用来将空调机产生的冷量（冷风）强制地配送到IT机柜进风口处，解决传统送风方式的不足，尤其是高功率弥渡的应用需求。高密机柜需要的配风风量相应增加，传统的地板下送风的气流组织方式已经无法解决其制冷需求，存在兩个制约问题：1.地板下送风截面积和通风地板出风口的有效面积。为了解决地板下送风截面积的问题，目前地板静压箱越来越高，普遍要求500mm左右。2.通风地板出风口面积已达极限，通风地板通孔率肯定小于100%，而扩大机柜拥有的通风地板出风口数量就必须拓宽机房区的面积。因此地板下送风的气流组织方式，目前只能满足低功率功率密度机柜要求。

要在传统的地板下送风方式的机房中，满足高密度机柜的制冷需求，需针对部分高功率密度机柜，单独配置区域性强制送风系统，建议采用ADU方式，提高地板出风量及送风高度，以解决地板出风口的送风瓶颈。

2.3 加强维护深度及周期

通过在电控部分、制冷系统、风道系统以及加湿器、室外机的周期性深度维护，确保冷却能力的持续稳定。重点检查接触器、空开、电器组件的连接紧固，滤网风压开关、热力及电子膨胀阀工作状况，压缩机吸排压力、制冷管道是否正常等。

2.4 优化总结

以上优化方案解决高热量机柜温度的问题和智能运维方式，目前已有少部分机房在投产使用，大部分还没普遍运用，从用户角度来说还没有认识到它的优越性。从资源方面来说这种方案还是一个比较节能的方案，充分利用机房冷量，据有关试验统计，以上优化方案比传统送风方式节能约25%左右。

三、结束语

在机房气流组织系统环境中配置智能控制模块是发展趋势，机房气流组织系统环境智能分析可以主动的应用数据机房环境监控系统，提高数据机房环境监控效率。尽管目前数据机房环境监控系统成熟度还处于提高、发展阶段，相信随着数据机房环境的需要，技术的不断完善，将会在不久的将来普及到大大小小的IDC机房;运营商的核心机房、汇聚机房等等，极大提升机房环境监控系统的潜在能力，因此环境智能分析控制系统的数据机房将是数据机房环境监控行业的新趋势。

参  考  文  献

[1] 杨玉军， 胡恺. 二级机房空调能耗智能管理系统[J].广播电视网络，2021.28，（04）

[2] 邵冲. IDC节能措施探讨 [J].电信快报.2017，（04）

[3] 邹燕. IDC机房温度调控设计研究 [D].上海工程技术大学 2016.