摘要：本文闡述了電信級上送風通訊資料中心（idc）的空調現狀，重點對上送風idc精確送風節能進行了分析與研究，並對試點案例進行了深入的分析。
一、概述
網際網路資料中心internetdatacenter(簡稱idc)是指一種擁有完善的裝置專業化的管理、出色的應用級服務的網際網路資料平台。idc業務屬於中國電信的重要轉型業務之一，由於歷史原因，上送風idc機房數量很多，此類機房大多數機房內氣流組織混亂，冷熱氣流混合現象嚴重，導致機房製冷利用效率低下，而且區域性熱點問題時有發生。本文主要針對上送風idc精確送風改造進行分析研究。
二、上送風idc現狀及存在的問題
1、上送風機房的空調現狀
通訊機房現有的上送風空調系統，首先是降低機房的環境溫度，然後才能使機櫃降溫、冷卻。所以，機房裝置為了保持良好的散熱，必須首先有較低外界環境溫度。就其效率而然，空調的能量顯然有一部分消耗在了降低環境溫度上，而不是直接去降低裝置的溫度。
2、存在的問題
現在上送風idc機房主要的問題有：大多數機房內氣流組織混亂，冷熱氣流混合現象嚴重，導致機房製冷利用效率低下，而且區域性熱點問題時有發生。區域性過熱帶來的危害主要有：
裝置執行溫度超標，嚴重影響系統執行；由於機房區域性過熱，雖然機房設計容量較大，但新增裝置依然無法再安裝；熱交換不充分，導致空調機組製冷效率低，空調能耗公升高。
不合理的送風方式，不合理的機房布局，機架門的通孔率不足是導致機房區域性溫度過高、過熱的主要原因。目前上送風idc機房基本上是所有機架正面朝同一方向的排隊式擺放，前排裝置排出的熱風被後排裝置吸入，導致後排裝置溫度高；由於機房各個區域裝置容量不同，裝置功耗也不同，採用上送風方式冷量不能合理分配，會導致功耗小的區域溫度低，功耗大的區域溫度高；機架門的通孔率不足導致送風量相對不足；機房內採用上送風或風帽的方式，導致機架內熱交換不充分。
三、精確送風改造原理
「上送風機房精確送風節能技術」是針對上送風通訊機房供熱效率低的問題，採用管道上送風方式，通過改造送風管，將空調冷風直接輸送每個機櫃，通過精密空調調整送風的溫度和風壓，在每個機櫃風道閥門控制送風量。達到解決機房過熱和降低空調能耗。如圖2所示。
由於idc耗能巨大，節能的潛力很大，「上送風機房精確送風」節能技術是為了避免或減少現有氣流組織不經過機櫃交換熱量而產生的短路現象，直接先冷卻機櫃，將會達到與現有的下送風系統相近的節能效果。儘管這時機房環境溫度會比採用普通上送風方式下的環境溫度高，但此時通訊裝置已得到充分的冷卻。
四、計算方法
「上送風機房精確送風」方法可以很好控制每個機櫃的送風量，達到精確送風、精確冷卻的效果。如下計算所示。
一般情況下，現有的上送風機房電信機櫃發熱量是2kw以下，以2kw為發熱量做計算，設計送風管的送風量。假設送風溫度13℃，出風溫度28℃，有15度溫差。
q=g×1.01×△t=ρ×v×1.01×△t（式1）
式中：q總顯熱（假設負載的耗電量90%轉化為熱量）
g空氣流量，kg/s
v為系統風量，m3/s
ρ為幹空氣密度，1.185kg/m3
1.01為幹空氣的定壓比熱，kj/
v=q/(ρ×△t×1.01)
=2×0.9/(1.185×15×1.01)
=0.100263m3/s
送風管有兩種：梯形及圓形
梯形面積約為s=(0.35+0.2)×0.15/2=0.041255m2
圓形面積約為s=3.1415×0.082=0.0201056m2
送風風速：梯形v=0.100263/0.0375=2.43m/s
圓形v=0.100263/0.0201056=4.98m/s
由此可見，採用「全封閉冷氣通道精確送風」時，送風截面積、送風溫度一般情況不變，只要改變冷空氣的送風風速，就可以滿足不同發熱量的機櫃的散熱要求。達到精確控制、精確消除「機房熱島」現象的目的，同時也可以達到少開空調、節約電能的目的。
五、試點測試與分析
1.試點現狀
某idc四樓機房選擇了一列機櫃，進行了送風改造，改造櫃共14臺。利用原來其上部的4個風口，增加分布了二級分配風管，同時將原14個普通機櫃門改造成梯形櫃門，將二級分配管與梯形的機櫃門進行密封連線，達到了節能改造的目的。如圖3及圖4所示。
圖3改造前的正門圖
圖4改造後的正門圖
2.熱成像儀測試分析
從圖5、圖6、圖7比較可以看出，改造前進風溫度在25至27度之間，由圖可見，入風溫度24~25度，裝置表面區域性溫度在27~28度,由圖可見，入風溫度24~25度，裝置表面區域性溫度在27~28度。改造後的出風口溫度為12~15度，精確送風是直接將低溫的冷空氣送入機櫃，而普通的上送風系統是將高溫的室內混合空氣送入機櫃，所以兩者達到的冷卻效果不同。
3.各櫃改造前後熱成像儀測試分析對比
以下是2號櫃測試情況，圖8、圖9、圖10第2號機櫃的相片，圖9為改造前的伺服器背面圖熱成像圖，圖10為改造後的伺服器背面熱成像圖。
圖8、圖9、圖10第2號機櫃的相片，圖9為改造前的伺服器背面圖熱成像圖，由圖可以看出，平均出風溫度在35度以上，區域性熱點溫度在46度。溫度有10度~21度的上公升幅度。由於外界冷空氣是自然流入，所以，機櫃後面溫度很高，容易形成熱島現象，需要較低的室外空氣溫度才能達到較好控制熱量的效果。
圖10為改造後的伺服器背面圖熱成像圖平均出風溫度在30度左右，區域性熱點溫度也不超過40度，冷卻效果顯著。
以下是3號櫃測試情況，圖11、圖12、圖13第3號機櫃的相片，圖12為改造前的伺服器背面圖熱成像圖，圖13為改造後的伺服器背面熱成像圖。
圖11、圖12、圖13是第3號櫃的相片，圖12是改造前伺服器背面圖熱成像圖，平均出風溫度在36度以上，區域性熱點溫度在42度以上。溫度有10度~18度的上公升幅度。圖13是精確送風改造後伺服器背面圖熱成像圖，從**可以看出出風溫度不超過30度，即使是區域性熱點溫度也只有38度左右。
冷卻效果顯著。
以下是5號櫃測試情況，圖14、圖15、圖16第5號機櫃的相片，圖15為改造前的伺服器背面圖熱成像圖，圖16為改造後的伺服器背面熱成像圖。
圖14、圖15、圖16是第5號櫃的相片。圖15改造前伺服器背面圖熱成像圖平均出風溫度在36度以上，區域性熱點溫度在47度以上。溫度有12度~21度的上公升幅度。
由於外界冷空氣是自然流入，所以需要較低的室外溫度才能滿足裝置降溫的需要。圖16精確送風改造後伺服器背面圖熱成像圖，由圖可以看出，平均出風溫度在30度左右，區域性熱點溫度不超過40度。
六、總結
從以上測試情況可以看出。改造前，伺服器前門溫度入風溫度25~27度，從伺服器背面熱成像圖可以看出，幾個機櫃的平均出風溫度在36度以上，區域性熱點溫度在47度以上。溫度有12度~21度的上公升幅度。
由於外界冷空氣是自然流入或伺服器自帶的風扇吸入，冷風流量小，無法控制送風量，容易形成區域性熱空氣重新吸入伺服器中的現象，所以，機櫃容易形成區域性熱島現象，需要較低的室內空氣溫度才能達到較好控制區域性熱島的產生，這樣需增加大量的空調，浪費電能。
精確送風改造後，伺服器前門溫度入風溫度13~15度左右。從伺服器背面熱成像圖可以看出，幾個機櫃的平均出風溫度在30度左右，區域性熱點溫度在40度以下。溫度有15~17度的上公升幅度。
每個機櫃的溫公升比較均勻。由於每個機櫃可以精確控制送風量的大小，可以很方便的根據裝置發熱量進行控制，可以有限的防止機櫃熱島現象的產生。
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