机房节能改造

数据机房节能改造方案

一、概况

由于某些机房建成时间较早，随着近年管理系统信息化的飞速发展，机房的环境已经制约了信息化发展的需要,针对目前市场上现有机房内部分设备机柜进行封闭冷通道改造，通过冷通道封闭可以有效地规划气流组织,使冷风全部用于设备散热，大幅减少风量和冷量的损耗，而最终大幅提高制冷的效率。

从整个机房的气流组织来讲，有效地避免了传统机房中冷热空气混合，冷空气短路，以及远端机柜由于压降问题机柜顶端设备无足够冷量用于散热，而最终产生的局部热点问题。

二、项目规模：

目前市场上常见的基本有三种改造方案：

1、单排机柜

 

2、双排机柜

 

3、不规则双排机柜

三、建设原则

鉴于机房的重要性，改造方案遵循以下原则：

科学性和系统性：系统设计首先要体现科学性，即要严格按照国家现有的规范和标准来进行设计；其设计要体现系统性，即应考虑机房各主辅系统之间、主应用系统之间和辅助系统之间的密切联系，从而保证机房各系统的稳定、可靠、安全地运行，达到功能完整配套，专业规范，技术先进、经济合理、安全适用、质量优良、管理方便，节能环保之目的。

兼容性：充分考虑现状机房机柜的性质，比如：品牌、颜色、尺寸、安装位置、空间情况等，采用与现有机柜同品牌的冷通道产品，确保安装后整体的外观效果、使用效果

设计标准性：严格按国家关于机房系统工程的有关标准设计，文件图纸规范齐全，采用国标符号，力求统一性、可调整性。

功能先进性：采用先进的通道管理，安防监控，消防报警系统，门禁系统等管理手段，使机房系统具一定的超前性，确保机房系统长期高效运行。

易于管理：通过使用先进和可靠的管理工具来实现系统的高质量管理，以节约人力资源。

环境舒适性：机房整体装饰风格美观淡雅，具现代化办公环境氛围，人员长时间在此工作不会感到疲倦。

环保性：考虑到环境的重要性，设计时应充分考虑环保节能因素，尽量选用对环境无污染的环保材料和符合国家环保节能政策的产品，并在节能、防尘、防噪音方面采取有效的措施。

安全实施：现有机房内同时存在其他机柜，要求在实施过程中，降低施工开展对现有机柜内设备的影响，做好防尘等措施。

四、项目建设内容：

随着人们对信息需求，各行业都在不断地提高着数据处理的能力,也随着对节能减排的要求，有效降低耗能成为数据处理机房在建造之前必需要考虑的因素之一。为满足这一需要，根据多年的实践经验，通过改善空气循环的管理，可以有效减低PUE值，为客户量身订做了散热效果好、安全可靠的数据中心节能解决方案——冷通道封闭，满足日益增长的刀片式服务器、核心交换机等大容量设备对高密度通风散热的需要，同时降低了冷却成本。

 

机柜布置采用冷热通道方式，为提高机房制冷效果，分隔冷热气流，形成良好的气流组织，冷通道采取隔离装置进行冷通道封闭措施，来提供更高的制冷能力，以容纳更高密度和更高发热量的设备。

冷通道组件示意

 

五、项目建设依据：

u GB 50174-2017   《数据中心设计规范》

u GB/T 22239-2015 《信息安全技术 信息系统安全等级保护基本要求》

u GB 50462-2008  《电子信息系统机房施工和验收规范》

u GB/T 2887-2011 《电子计算机场地通用规范》

u GB 50016-2014  《建筑设计防火规范》

u GB50016-2014  《高层民用建筑设计防火规范》

u GB50325-2010  《民用建筑工程室内环境污染控制规范》

u GB50052-2009  《供配电系统设计规范》

u GB50054-2011  《低压配电设计规范》

u GB50217-2016  《电力工程电缆设计规范》

u GB50055-2011  《通用用电设备配电设计规范》

u GB50057-2010  《建筑物防雷设计规范》

u GB50343-2012  《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

六、冷通道封闭特点：

灵活性：冷通道封闭采用为单元模块化设计，冷通道两侧相对应的两台机柜或多台机柜为一个单元，每个单元均能独立安装。如果用户以后需要增加或减少机柜，可方便的拆卸和安装。

安全性：每个翻转天窗均可实现与消防联动。当机房内火灾信号确认后，翻转天窗自行打开，满足消防灭火气体进入通道灭火的需求。同时，系统标配有手动按钮，可手动开启翻转天窗，以便日常维护。

美观性：冷通道门材料为12mm厚透明钢化玻璃，机械强度高，通透性好，无边框自动门和机柜风格一致，整体美观，与机房环境比较协调。

便捷性：冷通道封闭所有部件，固定设计合理，工厂化预制。安装现场不用动火烧焊，不会破坏和影响机房现有装修效果。冷通道机房两侧为自动移门，在冷通道进门地面上无门框、导轨等阻碍设备运输车辆进出的设施。

七、冷通道组成结构

整个冷通道封闭系统采用全透明设计，整洁美观，符合数据照明规范；冷通道主要包括门盒(包含门体)，天窗（功能天窗与活动翻转天窗）安装附件，以及控制单元等几个部件组成。智能冷通道系统必须具有稳定的结构，良好的气密性，隔热性，以及消防联动功能。

门盒(包含门)：通道门固定于机柜侧面的内封板上，采用门盒型式，通道两端配置双开自动移门，简洁大方，在冷通道进门地面上没有门框、导轨等阻碍设备运输车辆进出的设施。平移门采用12mm透明钢化玻璃，当通道门打开后隐藏进门盒内部，通过设计有的固定孔位，是使其稳固，因此对机柜的并柜工艺精度要求非常高。

冷通道的活动门设计为常闭状态，每套系统配置两个自动移门，安装自动闭门装置。门的上面安装有工业级的滑轨，开门没有卡顿及摇晃感，门与柜架的密合度严密。

冷通道天窗采用钣金结构，内嵌5mm钢化玻璃，正常使用状态下为平顶结构，天窗采用模块化结构，与机柜等宽，可根据具体的通道宽度与机柜尺寸进行定制对于标准的机柜列，冷通道顶板与机柜顶部通过附件固定结合。对于机柜列间存在立柱的情况下，可将立柱与机柜之间使用隔板封闭起来，隔板与机柜金属板之间的接合处使用密封条或玻璃胶做隔绝封闭。

冷通道顶部天窗设计有三种类型：固定型天窗，活动型天窗，功能型天窗。根据使用天窗类型，活动天窗开启后冷不影响机柜门的打开，互不干涉，保证日常维护工作和维护人员安全。

八、消防活动天窗方案说明：

安装位置：安装在通道的中间位置，采用电磁铁固定，由总控制箱集中供电和控制。活动天窗能根据消防提供的联动信号自动打开，感应时间不超过1s，打开角度88度。

九、固定天窗方案说明：

安装位置：安装在通道的两端位置，用来装烟感，温、湿度传感器，摄像头以及消防末端气灭喷口等装置。

 

十、冷通道照明系统

每个冷通道配一套总控制箱，接受冷通道总控单元的报警阈值设定，控制多色氛围灯输出相应的颜色（超出阈值上限为红色，正常为绿色，低于阈值下限为蓝色）；达到相应的报警阈值时背景灯的颜色可自动切换。通道照明为白色 LED 节能冷光源照明，通道内照度为500Lx，照明开关位于通道两侧门外，采用双联双控，两侧均可实现对照明的控制。

十一、冷通道非对称场景

当冷通道两侧机柜非一一对应时，可在相关机柜对面（1200mm处或根据现场具体位置调整）安装隔墙，隔墙材质为全钢板或钢板与玻璃组合，隔墙龙骨与冷通道其他相邻的龙骨整体固定，牢固、美观。

 

改造后：

1、单排机柜，包括定制钣金墙。

 

2、双排机柜

 

3、不规则双排机柜，包括定制假机柜。

 

十二、节能分析方案

1、机房基本情况

若原机房可以动迁机柜，在每排机柜中间增加相应制冷量的列间空调。原机房若不能动迁机柜，则在机房外侧安装相应制冷量的下送风精密空调，通过防静电地板下送风至各机柜组设备，用于设备及机房内环境制冷。

2、机房可能存在的问题

某些机房使用过程中发现，距离空调较远端通风地板排风量偏小，导致不同机柜间冷热分布不均，存在空调远端局部机柜过热现象，而且空调经常长时间保持制冷状态运行，机组轮询停机时间较短，说明机房内整体散热负荷较重，为了确保机房内设备的稳定运行，应考虑技术改造方案，已彻底解决现有问题。

3、建议改造方案

（1）对现有机柜进行冷通道封闭，每两列机柜组成一组双排冷通道，单列机柜由钣金隔断组成一组单排冷通道，彻底阻断机柜前后两端冷热气流的走向交互，防止因气流串扰导致的制冷量损失，提高机房内制冷效率。

（2）增加机房内通风板数量，确保每台机柜前一块通风地板，保证气流的出风量均衡，杜绝机柜局部过热现象。

（3）改造空调进行送风方式，若有上送风口将上送风口通过定制导流风道送风至防静电地板下完成机房内制冷工作，解决距离空调较远端风压不均现象，导流风道内粘贴降噪保温棉，防止共振噪声及避免温差较大时结露现象。

4、正常地板下送风气流分析

地板下送风在机房内使用的局限性：限制空调制冷效率。

采用地板下送风的以下特点均可造成数据中心空调制冷效率的降低，造成机房空调运行费用的增加：

机房冷热风混合较多，冷风的利用率减少。

机房空调送风温度更低，空调机组制冷效率更低。

机房空调回风温度更低，空调机组制冷效率更低。

机房空调机组显热比更低，空调机组制冷效率更低。

机房空调机组显热比更低，冬季机组运行加湿需求更高，加湿运行费用更高。

5、进行冷通道封闭后送风气流分析

对机柜进行冷通道封闭的解决方案从多方面提高了能量效率和制冷能力。首先，机柜内各组设备排出的热气流集中在一侧，无冷热气流串扰现象，充分利用了更高的热传导效率。通风地板排出的冷气流直接流到需进行制冷的服务器前方，气流走向集中无其他分流。典型的冷通道封闭机柜按行排列可以使设备以100% 显热能力运行，这大大减少了加湿的需要，提高了制冷效率。

冷通道封闭后送风气流示意图：

所以封闭冷通道后，隔离送风的以下特点均可提高数据中心空调制冷效率，降低数据中心机房的运行费用：

机房冷热风混合减少，冷风的利用率更高。

机房空调送风温度更高，空调机组制冷效率更高。

机房空调回风温度更高，空调机组制冷效率更高。

机房空调机组显热比更高，空调机组制冷效率更高。

机房空调机组显热比更高，冬季机组运行加湿需求更低，加湿运行费用更低。

改造前后设备运转情况分析

改造前后设备运转情况

改造前：

因冷热气流由串流现象，导致现有空调机组制冷效率低下，不能提供有效制冷量。空调因送风距离较长，机柜冷热分布不均衡，存在局部热点现象，且机组长时间高负荷运行会缩短设备使用年限。

改造后：

经过封闭冷通道后彻底杜绝冷热气流扰流现象，空调制冷效率得到提升，有效降低空调的制冷开机时间。同时因制冷量需求的降低，空调机组运行时间缩短，可延长设备使用年限，并起到了节能降耗的作用。