目前IDC機房建設(shè)規(guī)模越來越大，服務(wù)器的集成度越來越高，數(shù)據(jù)設(shè)備的功率提升和其部署方式帶來了新的冷卻問題，這使得IDC機房內(nèi)的制冷空調(diào)問題，已經(jīng)超越電源，成為電信運營IDC的首要問題。文中針對IDC機房空調(diào)存在的主要問題進行分析，提出解決方案并對部分方案進行了實際應(yīng)用。

目前IDC 空調(diào)存在的主要問題

從目前IDC 運行情況來看，IDC 機房空調(diào)電源中斷、空調(diào)冷量設(shè)計、機房大環(huán)境氣流組織不合理、機柜內(nèi)部小環(huán)境氣流組織不合理、機柜熱量過大、機柜布置不合理等問題是導(dǎo)致機房過熱的主要原因和問題。對這些問題，本文從電源保障、空調(diào)配置、氣流組織和高密服務(wù)器布置等方面展開探討，提出解決方案，并在杭州IDC 機房建設(shè)中進行了實際應(yīng)用，在保障IDC 機房安全運行同時，達到節(jié)能減排的目的。

空調(diào)保障解決方案

1 空調(diào)電源保障

IDC 機房內(nèi)發(fā)熱厲害，溫度梯度變化也大，通風降溫復(fù)雜，而空調(diào)使用的是市電，一旦停電，就會造成機房溫度迅速竄升。在一般的通信機房，由于功率密度低，柴油發(fā)電機啟動延遲和常規(guī)的電源倒閘操作是沒有問題的，但是對IDC機房來說，在電源中斷的這段時間內(nèi)是難以接受的，空調(diào)會停止制冷，特別是空調(diào)風機的停機導(dǎo)致了氣流循環(huán)的中斷，據(jù)測試，在單機柜5kW 負載情況下，機房溫度會在發(fā)電機啟動延遲和電源倒換過程中會升高5～20°C;如果電源中斷時間過長，就會演變成為一場災(zāi)難?？梢姡Ｕ螴DC 機房空調(diào)的電源可靠性和提升可用性是重中之重，必須制定可靠的空調(diào)電源保障方案，以防止空調(diào)電源中斷或盡量縮短電源中斷時間。

1) UPS 方案

由于空調(diào)的重要性，大負荷IDC 機房空調(diào)的供電等極應(yīng)不低于服務(wù)器設(shè)備的供電等級，因此采用UPS 供電也并不為過。在國外，大型數(shù)據(jù)中心的機房空調(diào)系統(tǒng)采用UPS 供電的方法越來越普遍;在國內(nèi)，江蘇電信公司部分機房把專用空調(diào)的風機接在UPS 上，這樣解決了停電后的短時間氣流組織中斷的問題，從使用效果來看還不錯。采用UPS方案不利的因素是存在投資過大的問題。

2) IDC 空調(diào)雙電源方案：

對IDC 機房，同一個機房的空調(diào)電源最好不要同時使用同一路電源，以防止一路電源中斷就會導(dǎo)致機房溫升過高。IDC 機房的空調(diào)配電屏，進線電源必須有兩路，兩路電源必須來自不同的低壓配電系統(tǒng)，兩路電源間可以手動切換或者采用ATS 自動倒換，如果采用ATS 最好設(shè)置成不同的主路(但是在油機供電下，要注意ATS 的自動切換可能會引起部分油機的過載);一旦電源中斷，可以縮短中斷時間并減小影響面。圖1、圖2 和圖3 是杭州電信IDC 普遍使用的雙電源屏和雙ATS 電源屏。

3) 空調(diào)配電屏接線方法

相臨的空調(diào)應(yīng)該從不同的空調(diào)配電屏引出，如1 個機房布置16 臺空調(diào)，兩塊空調(diào)配電屏，那1、3、5、7 等奇數(shù)空調(diào)就從配電屏1 引入(主用市電1)，2、4、6、8 等偶數(shù)空調(diào)從配電屏2 引入(主用市電2)。這樣即使一路電源發(fā)生異常，影響到的空調(diào)是部分的，恢復(fù)的時間也很快。

4) 雙 ATS 電源柜+空調(diào)新型電源接線方法

這種方案是對方法2、3 的綜合應(yīng)用，即采用ATS 的同時采用雙電源屏方案。從實際使用效果來看，在兩路高壓引入的情況下，采用雙ATS電源柜+空調(diào)新型電源接線方法，比用UPS 供電更經(jīng)濟，而且可靠性也沒減少多少，由于同一機房的空調(diào)電源來自于不同的高壓系統(tǒng)，如果這兩路高壓是真雙路的話，那同時停電的概率是很低的;而在停一路高壓的情況下，還有一半的空調(diào)在運行，最重要的是氣流組織不會中斷，在油機啟動倒電過程中機房的溫升還是可以接收的。一個大的IDC 機房最好有兩塊以上的空調(diào)配電屏，以方便上述方法的空調(diào)接線，如果僅采用一塊空調(diào)配電屏，空調(diào)配電屏內(nèi)部的空開要有備份和冗余。

2 空調(diào)配置

機房空調(diào)的冷量要大于機房的最大熱負荷并有富裕，空調(diào)的配置原則是根據(jù)機房總熱量總體規(guī)劃空調(diào)設(shè)計，按照N+1 原則配置空調(diào)數(shù)量?？墒俏覀儠龅竭@樣一個問題：空調(diào)已經(jīng)按照N+1 配置，為什么IDC 機房溫度會打不下來?

1) 分區(qū)配置原則

傳統(tǒng)的配置是以機房為單位;采用的是房間級制冷，空調(diào)是以機房為單位進行制冷，但這種方法的配置和冗余并不適用于大型的IDC機房。

現(xiàn)在的IDC 機房由于建設(shè)規(guī)模大、面積大和機柜功率密度高，如果按照房間級配置空調(diào)，一臺空調(diào)發(fā)生故障，由于冗余的空調(diào)相距過遠，氣流組織無法送達，會造成局部機柜設(shè)備過熱;因此大型IDC 機房的空調(diào)要進行分區(qū)配置，即把一個大型的IDC 機房劃分為若干個分區(qū)，然后保證每一個分區(qū)內(nèi)的空調(diào)均有冗余，這樣空調(diào)發(fā)生故障后，每一塊區(qū)域內(nèi)的服務(wù)器才是安全的。杭州電信的興議、濱江等IDC 機房，就以四列的機柜為一個分區(qū)，然后按照每個分區(qū)都滿足N+1 的冗余方式配置，是一種比較安全的辦法。

2) 空調(diào)冷量取值

機房空調(diào)的冷量計算要采用顯冷量，而不是空調(diào)全冷量。要保證機房空調(diào)的總顯冷量始終大于機房的熱負荷，但是機房空調(diào)的顯冷量在不同情況下是一個變值，它標注的顯冷量是在23 度、50%下測定的，隨著機房濕度的增高，機房空調(diào)的顯熱比會下降。比如一臺制冷量標注100KW 的機房空調(diào)，測試工況下顯冷量90KW，當機房現(xiàn)對濕度達到65%以上時，空調(diào)的顯冷量只有80KW 了，20%的冷量消耗在除濕過程中。設(shè)計過程中如果按90KW 或者100KW 的數(shù)據(jù)設(shè)計，夏季高溫高濕環(huán)境下，機房的冷量就會不夠。另外在較大的IDC 機房里面，由于混風情況的存在，導(dǎo)致空調(diào)的送回風溫差過小，空調(diào)顯冷量進一部下降。因此在確定空調(diào)的制冷總?cè)萘繒r，必須加大30%以上，目前的經(jīng)驗認為，空調(diào)的總制冷量必須是機房熱負荷的1.3～1.6 倍，大型的IDC 必須取上限。

3) 合理的N 值

從IDC 運行情況來看，N+1 的N 數(shù)值要合適，N 大了，冗余度不夠，機房不安全;N 小了，機房會安全，但投資大且造成空調(diào)運行的能效比過小，如果采用冷備用空調(diào)(停機)，部分冷風也會從停機的空調(diào)回風口跑出來，造成氣流短路或者氣流倒灌，影響機房的原有氣流組織，如果能夠以低速或者低風量運行備用空調(diào)，那總體風機功率就可以下降，效率提升;IDC 機房空調(diào)的N 取值在4～5 之間是比較合理的，更高密度機房則要把N 取值再減低。

另外對于部分新建和擴建機房，由于負荷的不確定，空調(diào)無法一部安裝到位，是隨設(shè)備的增加而陸續(xù)增加的，這種情況要統(tǒng)一規(guī)劃好空調(diào)的位置，并跟蹤機房熱負荷變化情況，適時增配空調(diào)，確保機房始終滿足N+1 原則。

空調(diào)配置多，可以提高機房的安全性，但會降低空調(diào)的能效比，導(dǎo)致耗電上升，如何以較少的備用機房空調(diào)在高密度機房情況下實現(xiàn)冗余是我們機房空調(diào)運行中必須關(guān)注的一個問題。

3 機房大環(huán)境氣流組織

這是IDC 規(guī)劃和設(shè)計的重點和難點，氣流組織的產(chǎn)生、氣流組織的配送和氣流組織的返回都要合理，一個高效有著良好氣流組織的IDC 機房是規(guī)劃和設(shè)計出來的，而不是靠后期改造出來的。對于一個新建的IDC，從有利于氣流組織的角度出發(fā)，下面這些是必須注意的。

1) 機房布置

大型IDC 機房不宜正方形，而應(yīng)為長條形，這樣有利于空調(diào)布置，并減少空調(diào)的送風距離和風阻。

2) 送風方式

新建的IDC 空調(diào)應(yīng)該是下送風方式，冷熱風道進行分離。

目前的送風方式有上送下回、側(cè)送側(cè)回、上送上回及下送上回等多種方式，但是下送風方式比上送風更有利于機房的氣流組織和提高送風效率，如圖4;冷熱通道分離是指各個機柜服務(wù)器均以面對面，背高背的方式進行布置。冷熱氣流組織隔離后氣流組織更合理，而且增大送風和回風之間的溫差，從而提高機房空調(diào)機組的效率。目前的研究表明，達到相同制冷效果的前提下，下送風所需風量比上送風所風量小，這也就說明了下送上回式風比上送下回氣流組織效率更高。

3) 關(guān)注地板高度、樓房的凈高和機架間距

活動地板的高度對機房空調(diào)的空氣循環(huán)效率有著重大的影響，架空地板的高度應(yīng)根據(jù)負荷密度、機房面積綜合確定。所需的凈高度取決于機房的大小功率密度和空調(diào)的設(shè)計方案，對于氣流組織來說，活動地板高度是越高越好，大型IDC 機房建議地板凈高≥60cm(圖5)，并根據(jù)機架負荷可以適當加大機架間距。

IDC 機房的高度不宜太低，要保證回風層的層高，如果這個高度如果太低，會影響空調(diào)的回風效果，導(dǎo)致機柜內(nèi)部的熱量不容易返回到空調(diào)，另外在市電中斷過程中，機房層高也會影響到服務(wù)器宕機的時間，因此要保障機房的層高，圖4 是建議的機房高度。

4) 風道完整

要保證冷風道的完整，這樣才能保證氣流組織，常規(guī)的解決措施如下：

封閉地板上所有不必要的開口，包括未安裝服務(wù)器的機柜、UPS 電源和空調(diào)電源柜等下部的開口，防止冷風風道氣流泄露;

靠近墻面和電纜井的地方也需要進行封閉。

實際使用中，如果發(fā)現(xiàn)機房某處的溫度明顯過低，就表明該點的附件存在冷風泄露，要找出泄露點并進行封閉。

5) 開口地板的布置

開口地板應(yīng)該布置在需要冷風來對設(shè)備進行冷卻的位置。不要在機房空調(diào)機組附近放置開口地板，否則空調(diào)送出的冷風很容易返回到空調(diào)，開口地板與空調(diào)機組之間應(yīng)保持至少2M 的間距。

1) 冷通道封閉

各機柜以面對面成排方式布置，在冷通道上機柜的頂部和整列機柜的兩端進

行封閉。這樣送風和回風之間就實現(xiàn)了完全的隔離，冷風通過活動地板送到密閉的冷通道內(nèi)，熱風離開機柜進入機房環(huán)境，再返回到機房空調(diào)機組(圖7)，機房本身處于一個較高的溫度水平。

要注意的是整個IDC 機房內(nèi)的所有冷通道都必須被密閉，這樣才可以體現(xiàn)封閉的優(yōu)勢，僅僅封閉機房內(nèi)的部分冷通道沒有太多的作用和意義，因為在沒有封閉的地方，跑出的冷風都可以與熱風混合從而抵消預(yù)期的節(jié)能效果。封閉冷通道后，空調(diào)的送回風溫度均可以提升，使制冷系統(tǒng)運行在高效情況下面。

但是在實際運行情況下，冷通道被封閉后，機房其余的空氣溫度會變得更熱了(在27℃～35℃)，在這種高溫下，用戶會以為是空調(diào)發(fā)生故障，即使事先溝通，知道該情況機房空調(diào)未發(fā)生故障，進入機房巡視的人感覺也會很不舒服，因此要和用戶充分溝通，讓他們認識并接收這種觀念。否則用戶就會要求降低空調(diào)

設(shè)置溫度，這樣一來，節(jié)下的能量又回去了。

2) 熱通道封閉

各機柜以面對面成排方式布置，在熱通道上機柜的頂部和整列機柜的兩端進

行封閉，以管道或者天花板的形式把熱風引會到空調(diào)機組內(nèi)，這樣送風與回風之間也實現(xiàn)了隔離(圖8)。

由于冷風送到整個機房，機房處于一個較平均的溫度水平，而熱通道能夠保持較高的溫度?，F(xiàn)有資料顯示：在典型的高熱機房中，服務(wù)器熱風和機房室溫的溫差一般在17℃左右。如果機房溫度按ASHRAE TC9.9 要求保持在22℃，那么17℃的溫差可以使服務(wù)器的排風溫度達到39℃。但在實際的熱風封閉系統(tǒng)中，制冷機組的送風量往往會比服務(wù)器需求量要多，而且會有少量的機房空氣進入熱通道，這樣導(dǎo)致回風溫度略有下降，但仍然達到38℃，這樣高的回風溫度使得與制冷盤管的熱交換更充分，制冷設(shè)備利用率更好，總效率也更高。回風溫度的提高對制冷機組制冷量的影響適用于幾乎所有的空調(diào)，所有的制冷系統(tǒng)在回風溫度較高時都將具有更大的制冷量。

3) 通道封閉需要考慮的因素

通道封閉會增加建設(shè)成本;在機柜的前方和后方安裝密封盲板均會增加成本。

通道封閉會造成回風溫度升高;密封越好，空調(diào)的回風溫度越高，要關(guān)注空調(diào)設(shè)備和用戶工作環(huán)境溫度的運行限制。

通道封閉要不影響到現(xiàn)有的消防系統(tǒng)。在對冷熱通道封閉的過程中，會對消防系統(tǒng)產(chǎn)生影響，一旦火警，消防氣體不容易進入封閉的通道內(nèi)，影響消防系統(tǒng)的使用，針對這種情況，杭州電信的技術(shù)人員在東冠IDC 中心采用了可以自動敞開的柜頂(圖9)，在柜頂安裝有電磁鐵(圖10)，正常情況下，電磁閥線圈得電，吸住柜頂擋板;電磁線圈和消防聯(lián)動，一旦火警，電磁線圈失電，柜頂擋板在重力作用下自動打開，冷通道從封閉模式變成敞開模式。

這樣做帶來兩個好處，一是解決了消防的問題，另一個是和市電聯(lián)動，在市電中斷過程中，敞開的通道可以延長服務(wù)器的宕機時間。

5 機柜內(nèi)部氣流

對于服務(wù)器來說，如果空調(diào)總的制冷量和機房大環(huán)境氣流可以滿足機房要求，最后還要保證機柜內(nèi)部的服務(wù)器的溫度正常，換句話說就是機柜內(nèi)服務(wù)器產(chǎn)生的熱量要能通過機柜內(nèi)部的小氣流組織及時帶走;在機柜里面，一方面，空氣氣流會選擇流阻最小的路徑，我們要阻止機柜內(nèi)熱空氣同冷空氣混合，另一方面，在一個機架內(nèi)，冷氣是從下部送入，自下而上流動，機架最上部服務(wù)器溫度往往是最高的，如果機柜內(nèi)部的小氣流組織不合理，或者冷風進風量不夠，就會造成服務(wù)器局部過熱。

1) 消除氣流回流

在氣流回流存在的情況下，機架正面的垂直溫度梯度會很大，部分機架前部的上下溫度差可達10°C.因此要使用盲板或擋板來封閉服務(wù)器被拆除或者未安裝的空間，防止部分冷空氣直接跑到熱風風道內(nèi)，另一方面也可以防止服務(wù)器的熱風通過這些部位回到服務(wù)器的冷風風道內(nèi)，造成氣流組織短路……安裝擋板可以防止冷卻空氣繞過服務(wù)器上的入口形成熱空氣循環(huán)，在機柜上層服務(wù)器的入口溫度有了明顯下降，圖11美國電力轉(zhuǎn)換公司對安裝盲板前后的服務(wù)器進風溫度對比情況。

2) 新型工藝機柜：

這種機柜是專門對機柜內(nèi)進行優(yōu)化和機柜氣流組織設(shè)計，直接在機柜內(nèi)部進行送風，采用盲板和漂浮式盲板來封閉機柜上未使用的單元，機柜的前門和服務(wù)器形成一個單獨的冷通道，熱風從機柜的后面和上端排出，避免了機柜內(nèi)氣流短路，氣流組織比較合理。根據(jù)這個原理，浙江電信分公司在2008年專門研制了新型工藝機柜，并在杭州電信的IDC 機房進行應(yīng)用，如圖12，在單機柜功率4KW情況下，這種機柜冷卻良好并起到很好的節(jié)能效果。

5. 更高密度服務(wù)器布置

在IDC 運行情況看，我們會遇到兩種不同的熱點問題，一種是在高密度區(qū)域布置更高密度服務(wù)器造成的局部溫度過高，如在平均機柜5KW 的機房布置10KW以上的機柜;另一種是整體熱點問題，一個機房的所有服務(wù)器均是高密度設(shè)備，如單機柜平均功率10KW 以上，造成整個機房溫度過高問題。對于前者，最好是不要這樣布置，如果逼不得已，那最好能采取一些特殊的補救措施;對于后者，建議重新設(shè)計IDC 機房。

1) 局部更高密度布置方案

不同功率密度的服務(wù)器不宜布置在同一機房，尤其是在固定密度區(qū)域布置更高密度服務(wù)器，會導(dǎo)致機房局部熱點問題突出。但在實際過程中，往往又不可避免，比如用戶一定要這樣布置，而溝通無效的情況，如何解決這些問題?

方法一：在現(xiàn)有的運行空間內(nèi)加強冷卻能力

如果用戶無法對他的高密度服務(wù)器進行分散，這種情況下，就要想辦法增加冷卻能力，如杭州電信就在機房里額外增加了部分空調(diào)(圖13)，并在高熱區(qū)域增加開口地板數(shù)量，也可以安裝地板下氣流輔助裝置(圖14)，個別機房安裝了特制的回流管道(圖15)，確保高密度服務(wù)器可以得到足夠的冷量，同時服務(wù)器排出的熱量可以順利返回到空調(diào)。

方法二：分散高密度機架

但在實際情況中，由于機房空間的限制，增加空調(diào)冷量的方法很難實現(xiàn)，因此將高密度負載進行分散是一個比較有效的方法，這樣分開的高密度機架可以有效地“借用”鄰近機架的冷量來進行冷卻。杭州東冠IDC 機房，用戶要在機柜設(shè)計功率4.5KW 的機房放置部分12KW 的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(cisco N7K)，在解決這個問題時就采用了熱量分散原則，將兩個機架布置在不同的兩列，并留出三個機柜的位置用來冷卻這個高密度機架，這樣機房平均功率密度控制在設(shè)計的范圍內(nèi)，如圖16：

2) 整體高密方案

如果所有服務(wù)器均是高密設(shè)備，必須重新設(shè)計IDC 機房，但是我們會面臨一個問題，就是風冷空調(diào)的冷卻極限(目前在6KW/㎡)，如果機柜的發(fā)熱過大(現(xiàn)在一個機柜的熱量就輕松突破20KW)，我們應(yīng)該如何解決這個問題呢?

采用增加機柜的間距或者減低服務(wù)器的放置密度，從而降低整個機房的平均功率密度，可以把功率密度控制在風冷極限的范圍以內(nèi)。在杭州電信濱江IDC機房，某服務(wù)器單機柜銘牌功率20KW(圖17)，實測13KW，機柜發(fā)熱嚴重。而用戶又很著急，為了完成這個任務(wù)，杭州電信在規(guī)劃這個機房時，加大了冷風道和熱風道的間距，將冷風道從1.2 米提升到4.8 米(圖18)，并增加了熱風道的間距，這樣一來，單位功率密度就下降了一半;另外增加了機房空調(diào)數(shù)量，空調(diào)的冷量采用了2N 配置;同時提升了地板高度，把地板高度提升到1.2 米，并啟用了柵欄地板，保證了機柜所需的冷風風量。

從使用效果看，該機房冷卻效果良好，圓滿的解決了用戶的需求。但是這種解決方案存在投資成本過高的問題，這種解決方法在對成本不敏感的情況下使用才是合理的。

總結(jié)

由于篇幅的限制，只能對上述IDC建設(shè)和運行一些比較容易遇到的主要問題進行交流探討和摸索，或許上面提到和采用的方法并不一定是最好或是最完善的，但希望這些做法可以給同行借鑒和參考，避免走彎路和減少不必要的浪費，IDC的系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)和運維，還有很長的路要走;對目前廣泛普及的高密度機架進行冷卻還有待我們的探索和經(jīng)驗積累;另外IDC的節(jié)能降耗，也是任重道遠的任務(wù)和工作。希望在以后的日子里，大家齊心協(xié)力，促進電信IDC的發(fā)展，并為IDC的節(jié)能減排貢獻自己的一份力量。

文章來源：機房專用空調(diào)www.umvbook.com