大型数据中心机房回风百叶角度对机房环境及制冷设备能耗影响实例

刘 屹

（中国电信股份有限公司云计算贵州分公司，贵州 贵阳 550000）

0 引 言

随着数据中心大规模的发展以及GB-50174 2017《数据中心设计规范》的广泛推行，数据机房中IT机柜与空调末端已全面实现物理隔离，空调末端回风大多通过数据机房回风百叶与数据机房进行热交换和传递。在“碳中和”和“碳达峰”的时代背景下，开展节能降耗工作已成为数据中心发展的重要一环。本文依据大型数据中心数据机房回风百叶的安装角度，初步摸索出了适应于数据中心机房制冷设备能耗和机房环境的策略关系。

1 数据中心机房及设备简介

1.1 数据中心机房介绍

该数据中心位于我国西部高原地区，气候温暖湿润，属亚热带湿润季风气候区。机楼制冷采用水冷系统，机房采用封闭冷通道布置[1]。机房与空调区设立隔墙，空调回风墙设置85系列铝合金单层百叶回风口，回风百叶宽1 500 mm，长为20 200 mm。机房对应末端空调靠墙呈纵向布置，如图1所示。

图1 数据机房回风百叶安装角度

1.2 数据中心机房制冷设备介绍

此数据机房共设置六台水冷型末端空调，单台制冷量为150 kW，冷冻水进出水温度为10/16 ℃，送风状态时为18℃/70%RH、回风状态时为28 ℃/40% RH、回风速度2.5 m/s，额定风量24 600 m3/h（单台风机，每台末端共3台风机）。空调末端采用地板下送风方式，空调末端为送风控制，送风设定温度为21℃[2]。

2 问题的发现

本数据机楼为新建交付机楼，经过一段时间试运行后，发现该数据机房动环温度告警工单数较多。经观察，未发现空调末端参数设置有误或设备故障类问题。为了找到问题原因，选取另一个运行约3年同时数据机房结构布置相似的机楼进行机房对比实验。将旧楼机房称为A机房，新建机房称为B机房。其中A机房，B机房结构分别如图2、图3所示。

图2 A数据机房结构示意图

图3 B数据机房结构示意图

为避免天气环境的影响，特选取同一时间段内的运行数据进行记录，得到表1。

通过表1数据可以看到，B机房在IT负载比A机房略低的情况下，同样空调末端运行参数情况下，空调末端电耗约高出17%，同时平均封闭冷通道温度波动较大，封闭冷通道内温度偏高。

表1 A、B数据机房运行数据记录表

与此同时，我们通过现场测试还发现，将数据机房封闭冷通道内地板调整开度为100%时，A数据机房封闭冷通道内呈正压，约为20～25Pa；而同样测试环境下，B数据机房封闭冷通道内压力呈微正压，约为3～7Pa，偶尔出现微负压状态。

3 问题的解决

3.1 数据机房压差问题的解决

通过图2，图3可知，两个数据机房在建筑结构上有较明显的差异。其中，B数据机房中IT机柜与空调末端回风区域安装了大面积的可调回风百叶。且该数据机房的可调回风百叶安装密度较大，安装角度不大于40°[3]。

针对两个数据机房的结构特点，进行一项风压测试，即测量数据机房空调回风区回风百叶不同开度下，数据机房与该机房空调末端回风区域压差，测试结果如图4所示。

图4 回风百叶安装角度与数据机房压差关系

从图4可知，数据机房与空调末端回风区域间的压差与空调回风百叶的开度几乎呈线性关系，在回风百叶开度大于70°后，回风百叶的开度对数据机房与空调末端回风区域间的压差影响较小，不大于2 kPa，可忽略不计。

3.2 数据机房空调末端能耗及机房环境温度问题的解决

由于图4中已得到明显结论，数据机房与空调末端回风区域间的压差与空调回风百叶的开度有关，而数据机房与空调末端回风区域间的压差又综合反映了数据机房风量、风压、甚至是数据机房环境温度多种因素影响作用。为验证这其中的关系，进行了现场测试。

测试内容为记录IT负载约550 kW条件下，不同空调末端回风百叶角度时，24小时运行时间段，空调末端设备总能耗，数据机房封闭冷通道平均温度以及数据机房封闭冷通道出风压力，得到图5。

图5 回风百叶角度与末端电耗及机房环境温度关系图

数据机房中空调末端通过下送风方式将冷风送入封闭冷通道内，通过冷风进行热交换。当数据机房与空调末端回风区域中压差过大时，导致空调末端的进风量不足，出风温度较高，为维持设定的末端空调出风温度，末端空调的风机转速上升，加大出风风量，末端空调电耗上升[4]。当数据机房回风百叶开度在70°以上时，环比空调末端电耗下降约27%，电耗消耗降低较明显。

由于数据机房封闭冷通道内风量相对较少，数据机房内可调静电地板维持一定时，封闭冷通道内的风的正压相应也会较低。从图5可以看到，当数据机房回风百叶开度在70°以上时，数据机房内封闭冷通道的压力从约2 Pa提升到了19 Pa左右，出风风压明显提升。

与此同时，数据机房封闭冷通道风量较少，风压较低，在一定IT负载情况时，封闭冷通道内的热量不能快速交换，封闭冷通道内的平均温度也相应较高[5]。

当数据机房回风百叶开度在70 °以上时，数据机房封闭冷通道内平均温度维持在22 ℃左右，比调整前的23.7 ℃降低约2 ℃。

4 问题的引申

根据面积公式，四边形面积=长×高（宽），而数据机房回风百叶长度一定情况下，设高度=叶片宽度× cos（α），单片回风百叶挡风面积=长×叶片宽度×cos（α），即单片回风百叶挡风率与回风百叶安装角度有关。

数据机房内有效挡风面积为各单片回风百叶有效挡风面积之和。也即是回风百叶角度越小，挡风率越高，透风率越小；回风百叶安装角度越大，挡风率越小，透风率越大；回风百叶安装角度与数据机房回风透风率呈正比。

5 结 论

本文根据某大型数据中心数据机房中暖通基础专业中回风百叶的安装问题，初步摸索由于回风百叶安装问题带来的制冷设备电耗、数据机房环境温度等问题。数据中心作为云网深度融合的基础设施，大型化、规模化发展已成为行业趋势。而数据中心运营中的能耗成本几乎占到了整个运营成本的85%及以上。降低数据中心尤其是大型数据中心的能耗，创造更低更优的PUE指标，实现更现代更绿色的数据中心，节能降耗，降本增效的道路仍然任重而道远。