1 機房環(huán)境簡介

 

R區(qū)機房面積約為264平方米(22m×12m),層高4.4m,架空地板高度為0.8m,機房內(nèi)安裝了69套機柜,分成7列,組成4個冷通道;配置10臺機房精密空調(diào),單臺制冷量約為78kW(送回風溫差為10℃時)。采用冷通道地板送風,開孔率約50%。

 

2 機房環(huán)境問題分析

 

(1)R區(qū)機房整體環(huán)境溫度偏低

由于年久失修和運維不善,R區(qū)冷通道并未現(xiàn)完全的冷熱隔離,冷風可以輕易泄露至熱通道。冷通道平均溫度為19℃,熱通道平均溫度25℃,冷熱通道溫差在6℃左右。

(2)冷熱資源分布不均,存在局部熱點

雖然熱通道平均溫度只有25℃,但是部分區(qū)域如D列熱通道會出現(xiàn)熱點,溫度超過35℃左右。而對于低功耗3、4號冷通道,冷量超過需求,機房內(nèi)冷熱資源分布不均造成浪費。圖1給出了機柜頂部溫度圖3D模擬圖。

(3)總供給遠大于需求

通過使用CFD軟件對4個冷通道所需要的風量和冷量與實際的風量和冷量進行對比,發(fā)現(xiàn)空調(diào)所提供的風量和冷量遠遠大于設備所需,具體數(shù)值比較請見表1。

通過數(shù)據(jù)分析,我們得出結論:現(xiàn)有機房總供冷富余,局部分布不均,存在改造優(yōu)化的空間。可以通過一些改造和運維措施優(yōu)化氣流組織,實現(xiàn)節(jié)能降耗。

 

3 項目改造

 

根據(jù)機房整體評估和分析,提出以下改造方案:首先,對機房冷空氣輸送各環(huán)節(jié)涉及到的硬件通道做封閉,即冷通道封閉;其次,通過逐步調(diào)整機房空調(diào)運行模式,實現(xiàn)氣流組織優(yōu)化,擴大冷熱通道溫差,實現(xiàn)冷氣資源的充分利用,提高空調(diào)運行效率,達到節(jié)能減排的目的。改造施工以機房環(huán)境安全運行為前提,采用循序漸進,即時觀測,逐步改進的方式進行,在改造施工過程中及時記錄相關的機房環(huán)境參數(shù)的變化情況。

(1)冷通道封閉

冷通道封閉工程的主要目標是確保冷通道的封閉性,主要工作包括四項:

①安裝盲板

②安裝防火布

③安裝底板

④維修更換頂板

具體的改造措施如表2所示

(2)機房氣流組織調(diào)試

冷通道封閉改造施工結束后,冷通道內(nèi)風量和冷量供應明顯增大,冷熱交換效率顯著提高,冷熱通道溫差逐步加大,機房氣流組織調(diào)試、空調(diào)運行模式調(diào)節(jié)的條件已經(jīng)初步具備。通過CFD軟件模擬,并經(jīng)過實踐驗證得出了兩套可行的空調(diào)運行模式。制定了秋冬和春夏不同季節(jié)下空調(diào)運行模式的輪換方案以及不同空調(diào)運行模式下空調(diào)機組設備的輪換方案。

①空調(diào)運行模式季節(jié)輪換方案

通過實際調(diào)試觀測,經(jīng)過CFD軟件模擬和分析,我們發(fā)現(xiàn):空調(diào)“7+3”運行模式可以滿足上海地區(qū)春夏季節(jié)下R區(qū)機房的環(huán)境需求;空調(diào)“6+4”運行模式可以滿足秋冬季節(jié)下R區(qū)機房的環(huán)境需求。不同季節(jié)下空調(diào)運行模式輪換方案如表3所示。

通過理論模擬與實際測量發(fā)現(xiàn):RK01與RK02,RK04與RK05,RK09與RK10可以形成互補工作機組,機組可以輪換工作;RK03、RK06、RK07、RK08無互補機組,實行24小時工作模式,制定了以周為單位進行輪換的機制。若四臺無互補機組的空調(diào)遇到檢修,則將其相鄰兩臺空調(diào)機組打開。具體如表3所示。

 

4 改造效果

 

R區(qū)機房改造施工以及空調(diào)運行模式設定完成后,機房環(huán)境、空調(diào)運行工況和空調(diào)能耗有了很大的改觀。項目改造效果顯著,主要體現(xiàn)在機房環(huán)境冷熱資源分布更趨合理,空調(diào)運行效率明顯提高,空調(diào)能耗大幅下降等幾個方面。本節(jié)將從機房環(huán)境、空調(diào)效率和機房設備能耗等三個方面對改造效果進行詳細分析。

(1)機房環(huán)境效果分析

為了更加直觀地觀察項目改造前后的效果,本項目采用CFD軟件對機房環(huán)境進行模擬和分析。該軟件通過對機房空調(diào)運行工況、氣流組織、冷熱分布等參數(shù)進行模擬,繪制出平面和3D模擬圖,作為分析和解決機房環(huán)境問題的依據(jù)。模擬過程主要步驟是:建立物理模型、生成計算網(wǎng)格;根據(jù)測量的機房環(huán)境參數(shù)(空調(diào)、冷通道、溫度等)設定邊界條件;數(shù)值求解,輸出數(shù)據(jù)參數(shù)和可視化報告等。本報告中所引用的模擬圖表均來源于該軟件。

①溫度分布對比

項目改造前后,分別對機房環(huán)境溫度進行了觀測和記錄。從圖2和圖3可以看出機房內(nèi)環(huán)境溫度和氣流組織方式明顯改變。改造前,機房整體環(huán)境溫度較低,冷熱通道溫差相距較小,冷熱通道混風嚴重,存在局部熱點。改造后,機房整體環(huán)境溫度明顯上升,冷熱通道邊界清晰,溫差顯著擴大,機房內(nèi)冷熱資源分布相對合理。

②風量分布對比

通過將地板出風口處的風速參數(shù)輸入到CFD軟件中,模擬出冷通道內(nèi)風量供需比分布圖。改造前的能耗較大的2個冷通道(1號和2號冷通道),風量供應較低;而對于低功耗的3號和4號冷通道,風量供應較大。R區(qū)機房10臺空調(diào)全開的額定最大送風風量為242,000CMH,實際模擬和分析所需風量僅為102,279CMH,供應風量遠大于實際所需風量。

改造后,完全滿足高功耗的1號冷通道風量供應;2號冷通道風量供應整體充足,雖然部分區(qū)域風量略有不足,但不影響冷通道整體風量供應;低功耗的3號冷通道供應充足;4號冷通道風量供應略有富裕,通過調(diào)節(jié)檢測地板的出口,可調(diào)節(jié)風量供給。

通過對比改造前后冷通道內(nèi)風量供需比模擬圖,可清楚發(fā)現(xiàn)改造后冷通道風量供給充足并且更加均勻,也更加合理。

(2)空調(diào)運行效率分析

通過將空調(diào)運行參數(shù)(包括送風溫度,回風溫度,風速等)輸入到CFD軟件中,通過軟件模擬和分析可以計算出空調(diào)運行效率,進而對比改造前后空調(diào)運行效率的變化。

在空調(diào)“6+4”運行模式下,空調(diào)總制冷量與改造前幾乎不變,完全可以滿足機房的制冷需求;空調(diào)送回風溫度差由6.7℃變?yōu)?0.3℃,有了明顯擴大;單臺空調(diào)制冷功率由49.5kW升為82.5kW,空調(diào)制冷效率大大提高。

(3)機房能耗效果分析

①改造一年內(nèi)節(jié)能

本節(jié)將對項目改造前后近兩年相同月份的空調(diào)能耗進行對比分析。我們設定上海地區(qū)每年的天氣都一樣,由此,比較了2018年度與2017年度同期的空調(diào)能耗,得出表4所示的數(shù)據(jù)。我們用2018年度的空調(diào)能耗減去2017年度的空調(diào)能耗,負值則表示2018年度低于2017年度的能耗值,正值則表示高于,表中單位為kWh。與此同時,我們監(jiān)測在此期間IT設施的功耗運行平穩(wěn)(見表5)。

 

5 結束語

 

從表4和表5可以明顯看出:

①2017年7月至2018年11月期間IT設備能耗非常平穩(wěn),IT設備能耗波動對空調(diào)設備能耗的影響微乎其微;

②2018年3～7月份改造效果最為明顯,每個月都能節(jié)省2萬kWh以上的能耗;

③(3)2018年8～10月,能耗節(jié)約量逐漸下降直至10月份基本持平,這主要因為改造項目是2017年8～10月實施的;

④(4)2018年2～7月的6個月時間里同比2017年累積節(jié)能超過13萬kWh,全年累計節(jié)節(jié)省能耗約30萬kWh。

來源：機房360