摘要：数据中心已成为耗电大户是个不争的事实。数据中心节能是实现其低碳绿色发展的核心技术之一，其中优化数据中心气流组织是常见的节能降耗手段。本文通过某数据中心节能改造的实践，对其气流组织优化方案以及实施效果进行了探讨。

关键词：数据中心；气流组织优化

当前，许多正在运行的数据中心未能采取有效措施对气流进行精细管理。这种疏忽常常导致数据中心内部出现热力管理问题，如局部热点的形成和气流组织的混乱，从而危害设备的安全运行并降低制冷系统的效率。鉴于这一现状，对数据中心内部气流组织进行优化不仅迫在眉睫，而且能够带来显著的能效提升和成本节约。本文通过一个实际案例对这个问题进行了深入研究，首先针对数据中心环境的特有问题——冷却不均现象进行详细分析，然后提出一系列切实可行的改善措施和建议。这些策略旨在减少冷热气流的不必要混合，并通过优化数据中心的气流组织来提高制冷效率，进而提高整个数据中心的能源使用效率。

1、优化气流组织案例的分析和探讨

  1.1工程概况

本文选取了一个典型的数据中心作为案例分析对象。该数据中心主机房区域面积约为492.30m²，配套的空调室面积约为60m²，层高为4.5m，安装有192台机柜，布局情况如图1所示。为了满足冷却需求，数据中心配备了6台单机制冷量为191.3kW的水冷型精密空调，采用5用1备的运行方式。此外，数据中心配电系统配置了2台800kVA的不间断电源（UPS），采用双路供电模式，以确保电力供应的可靠性与安全性。

在气流管理方面，数据中心精密空调系统采取“下送风、上回风”的常见设计策略。该策略利用地板下方的空间作为送风静压箱，将数据中心内的冷风进行分配和输送，通过在机柜前方设置通风地板，形成了有效的气流组织方式，确保了数据中心内部的送风效果。此外，为了进一步提高冷气的使用效率，数据中心已经安装了封闭冷通道系统。

但该数据中心的整体运行能耗偏高，精密空调冷量和实际的IT设备负载量不匹配。通过现场调研发现，该数据中心的精密空调送风和回风的温度整体设置偏低，机柜内IT设备的上架率不高，且未安装IT设备的位置没有封挡，导致个别机柜存在局部热点问题。

图1 数据中心平面布局图

1.2适用的气流组织优化策略

在采用地板作为静压箱下送风系统的数据中心中，精密空调送风往往存在远近不均的问题。这会导致近距离送风短路和远距离送风衰减现象，进而在机房区域内产生较大的温差，容易形成或冷或热的局部热不平衡现象，影响服务器设备的正常运行。针对这些问题，并结合对该数据中心的实际调研，提出以下综合优化策略：

(1）首先要对数据中心的实际冷负荷需求进行实际校核。通常情况下，数据中心在设计阶段所采用的精密空调配置是为了满足机柜设计功率满载运行时所需的冷负荷。然而，在实际运行过程中，机柜的运行功率（设备上架率低）通常低于设计功率。因此，根据机柜内IT设备的实际运行情况，调整精密空调的运行数量是合理的做法，真正实现按需供冷。

图2 某数据中心封闭通道内平均温度折线图

(2）在冷通道管理方面，对于未封闭的冷通道，必须封闭。对于已经封闭的冷通道，可通过安装盲板对机柜中未安装服务器的部位进行封堵，这样可以显著提高送风气流的利用率。

(3）对于送风温度偏低的冷通道，应通过适当遮挡送风地板来减少送风量。对于监测到的局部高温点，可以考虑在这些区域局部安装带动力的送风地板，或在机柜顶部增加风扇，以增加局部送风量。

(4）在负荷较低的机房，应提高回风温度设定值并适当降低送风温度，从而增加送回风温差。同时，调节精密空调风机转速，对出风量进行精准控制，以达到最佳能效比。

通过上述策略的实施，可以大幅提升数据中心气流组织的效率，并在保证设备稳定运行的同时优化能源消耗。

  1.3优化策略实施过程

为了有效执行上述气流组织优化策略，采取了一系列综合措施，确保该数据中心能够利用气流组织实现空调系统末端送风的最高效率，并使设备处于最优运行环境中。

首先，对机柜的空余U位安装盲板。这不仅能防止冷气无目的地流散，还能促进送风的定向性和效率，从而减少冷热气流的混合和热点的形成。

其次，调整冷通道内部活动地板的开度。通过精确控制送风地板的可变区域，确保冷气流的均匀分布，特别是在那些需要额外冷却的热敏感区域。

接下来，对精密空调的风机转速进行了细致调整。这一步骤涉及空调系统的动态管理，以便根据实时负载需求和温度变化自适应地调整风量输出。

图3 某数据中心封闭通道内平均湿度折线图

最后，调节精密空调的回风温度设定值。在确保IT设备安全稳定运行的情况下，通过提高回风温度，优化制冷循环的效率，确保更高的能源利用率和更低的运营成本。

这些措施的实施是通过一个迭代过程完成的，涉及持续的监测和调整。利用先进的监测系统，对环境数据进行实时跟踪，确保所有调整都在达到预期效果后才被固定。通过这些策略的实施，该数据中心的气流组织得到了显著优化，为IT设备提供了一个更加安全和稳定的运行环境。

  1.4优化后实际运行数据分析

为了评估该数据中心气流组织优化策略实施的实际效果，需要记录并优化策略方案实施前、实施中、实施后的相关数据。该数据中心的气流组织优化方案于202年8月15日至2023年8月22日实施。现将所有记录数据进行整理分析，成果如下：

图4 某数据中心精密空调日用电量折线图

表1 某数据中心所需冷量计算表

(1）数据中心封闭通道内温度的变化

通过图2可以看出：数据中心内的平均温度在2023年8月15日之前趋于平稳，在23℃～25℃之间；在2023年8月15日～22日，温度下降至21℃～23℃之间；在2023年8月22日之后，呈明显下降趋势，稳定在19℃～21℃之间。同时，热通道的平均温度呈上升趋势。

冷通道内的环境温度在降低，而热通道内环境的温度在升高，说明冷通道内的冷风经过服务器时，进行了充分的热交换，冷通道内的送风冷气流的利用率明显提高。

(2）数据中心封闭通道内湿度的变化

通过图3可以看出：该数据中心内的平均湿度在2023年8月15日之前趋于平稳，保持在45%～60%之间；在2023年8月15日～25日之间，呈逐渐升高趋势；在2023年8月26日之后，呈明显下降趋势，稳定在45%～60%之间。同时，热通道的平均湿度也随之发生了相应的变化。

(3）数据中心空调用电量的变化

根据监测该数据中心UPS设备的实际输出数据，可以判断精密空调实际运行情况是否合理。具体数值详见表1。

通过表1可以看出，该数据中心的精密空调开启数量过多，提供的总冷量过剩，导致能源浪费。因此，需要根据实际冷量需求调整精密空调的运行策略，由原来的5用1备的运行方式调整为4用2备的运行方式。

经过一个月的持续数据监测，得出该数据中心精密空调的日用电量折线图如图4所示。

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