数据中心机房空调系统规划及气流优化剖析

摘要：本文是在分析数据中心机房空调系统的设计和全面了解在实际工作运行中数据中心主机房的气流组织情况的基础上，分析了主机房出现的局部热点、气流组织不畅等问题的原因和现状，就此提出具有针对性气流优化方案。

关键词：数据中心；空调系统；设计分析；气流优化

数据中心是一个高耗电的单位，在所有的用电支出成本中，空调系统的用电占据了很大的比例，因此，重点关注和研究数据中心机房的空调系统，采用合理的设计，有利于降低空调系统的耗能耗电，进而减少数据中心的运行成本。其中，对空调系统的气流优化设计是本文分析研究的重点。

1数据中心气流组织

大现代大中型的数据中心中采取什么样的气流组织形式，会受到自身的机房建筑环境、设备的布置方式、设备自身冷却方式、整体散热量的要求等多方面因素共同影响，具体来说分为机柜级制冷、行级制冷、和房间级制冷这三种方式。

1.1机柜级制冷气流

机柜级制冷气流组织方是一种遵循“先冷设备再冷环境”原则的气流组织方式，一般精准的上送风和下送风方式都算是机柜级制冷的气流组织方式。机柜间制冷气流组织对于对于送风技和设备都有严格的要求来买，可以说是一项很有节能价值的方式，但缺点确实有些安装成本较高，设备安装和维护量比较大。

1.2行间级制冷气流

行间级制冷的气流组织方式主要有三种形式：

1.2.1是下送冷风方式具体原理过程是，冷气流在了空调系统的作用下，通过中空地板下的冷通道，在设备附近的地板出风口排出，然后，空调系统会采用自然回风或风管的方式让热气回流。

1.2.2上送冷风的方式上送冷风方式调通过两列设备间的送风管道将冷气送向设备，这种方式需要注意的重点是，空调系统的制冷系统一定要比空调的其它系统更近设备和机柜，保证空调的冷气排放出口更够及时地在热风回收前释放出冷空气；在数据中心的建设发展过程中，不难发现，使用前进风和后排风的设备大多比较适合这种行间级制的冷气流。

1.2.3下送上回方式

下送上回的气流组织是目前应用较为普遍，技术较为成熟的方式。这种方式下，机房内的设备和服务器一般采用背对背、面对面的布置形式，这样会形成天然的冷热通道。热气流从机房空调机顶部进入，在经过制冷系统冷却后转化为冷空气，被送入中空的地板下安装好的送风通道，最后通过地板处装设的送风口进入机房或机柜内，最终形成下送上回的气流组织形式。

1.3房间级制冷气流

房间级制冷气流组织与机柜级制冷气流组织正相反，体现的是一种“先冷却环境后冷却设备”原则。这种气流组织的方式明显的缺点是，在当前的技术条件下，空调冷气根本做不到按需分配，这样一来很容易造成机房内部环境的冷热不平衡，离空调近的设备一侧冷，离空调远的一侧的设备热的现象，导致机房内设备局部过热和热岛现象。

在实际的数据中心工作实践中，可以确定房间级空调冷气流组织方式更适用于小型的移动基站数据中心。

2气流组织优化原则

2.1合理性

对数据中心空调系统实行气流组织的优化，要符合数据中心机房的实际情况，从数据中心机房的内部和外部环境、机房建筑位置、通信设备布置方式、甚至是所在地的气候变化特点都是要考虑的因素，因此要在综合这些因素之后，制定科学合理的气流组织优化方案。

2.2可行性

数据中心具有全年不间断运行的特点，如果要对内部的气流组织进行优化，势必要对内部环境惊醒改造，因此要在保证数据中心能够正常运行的原则下，实现气流组织的优化；同时，也要注意到，优化方案的费用支出，选择最优的性价比方案。

2.3安全性

安全性原则是一切方案的重中之重，数据中心的设备关系着海量的数据存储和处理，对用户也会有很重要的影响，因此要在保证数据中心稳定、安全的前提下，对机房进行气流组织的优化改造。

3气流组织的优化技术

3.1对通信设备进行改造

数据中心机房的气流组织形式其目的就是为了给通信设备的运行创造一个稳定恒温恒湿洁净度高的环境，因此，可以从改造通信设备的方式着手，主要从以下两方面开展工作：一是针对不同型号的通信设备的显热量的不同，在不影响设备运行的状态下，进行合理的改造，有的通信设备散热部分的开孔太小，造成内部散热量不好，增加机架面板开孔数量，提高散热率，增大通风量，降低机架内部温度；二是根据不同设备显热量的不同，选择最优的布置排列方式，对于散热量较小的摆在距离空调较远的位置。

3.2采用冷池技术

冷池技术是一种较为先进的、针对数据中心机房气流组织现状提出的制冷技术，具体包括内冷池技术和外冷池技术两种，是指在设备的机柜内部或两台机柜中间构造专门的制冷通道，只针对所在的机柜制冷，把冷空气最大限度地控制在机柜中，只有先通过机柜才能和机房的空气实现循环，避免了冷热气流混乱造成的浪费，保证了冷空气的利用效率和利用结果，有力地解决了机柜局部过热的问题。在实际应用中，内冷池的技术要求较高，但却代表标着未来的发展方向，所以目前，应用较为普及的是外冷池技术。

3.3改变空调布置形式

空调的出风口位置很重要，会影响空调的送风量，送风距离，进而对整个机房的气流组织产生影响。一般情况下，采用下送风方式的情况较多，空调对每个设备都进行精密送风，这样的制冷效果固然好，但也会加剧能源消耗的负担和成本。因此合理设置空调的布局非常重要。空调的布置形式主要考虑以下几个方面：空调的送风口应尽量辐射最大的面积；有根据空调远程送风的能力，合理安排空调的送风口的距离；空调送风口的方向要保持一致，避免造成冷热空气的混流，降低冷空气的制冷效率；空调送风的方向不能有阻碍物，影响冷空气的顺畅流通。

3.4封闭冷通道

封闭冷通道的气流组织优化方式会提高冷量利用效率，具体的原理是，在封闭的通道内冷气流会被迫经过散热设备，避免冷气流短路和热回流，使得送进来的冷气流能够得到充分的利用。当然，也要注意到这种气流组织的优化方式可能会导致冷通道负压和防火等问题，保证封闭挡板的灵活开关和拆卸，避免安全隐患。

3.5加大送风量

数据中心机房内的气流组织本质上就是在空调系统的作用下实现冷空气和热空气的转换交流，保证机房的温湿度适合设备的运行，但是由于通信设备不间断运行会产生大量的热量，如果数据中心机房的气流组织较弱，就不能及时地将热空气送去室外，将冷空气送进机房内。因此，保证数据中心的气流组织正常、高效地运行，就要对机房内所有运行的设备产生的热量有一个全面的了解和把握，并根据这一结果设置有针对性的冷空气送风量，淡然不可能送进来的所有冷空气都得到利用，因此，适当地加大空调的送风量是十分有必要的，这能更好地保证机房内部的制冷效果。

结束语：

总而言之，通过提高送风量、改变空调布置形式、封闭冷通道这三种措施对数据中心机房内部的气流组织优化，是能够在实际的运行过程中有助于提高数据中心空调系统的制冷效率和制冷效果的，同时还会一定程度上降低空调系统的耗能率，节约空调系统的用电支出。但同时也更加提醒作为相关研究者，要能够用创新的思维解决问题，不断地提高研发设计水平，从多方面促进数据中的绿色发展。