金融企業機房節能減排探索與實踐

黃毅，王久海，徐靖文

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司）

1 引言

在2009年哥本哈根聯合國氣候變化大會上，中國政府第一次以約束性指標的方式向世界宣布，到2020年中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降40%～45%。近年來，國家相關部委均提出了節能減排工作的明確要求，2012年國務院下發了節能減排“十二五”規劃要求，工信部也下發了“通信行業節能減排規劃”、“工業企業節能減排規劃”等相關節能減排規劃與要求。在國家加強節能減排工作的大背景下，金融企業也加強開展節能減排工作。

金融企業機房通常對于網絡的安全運行要求較高，遠高于互聯網企業。但是由于機房建設周期長，運行時期長，隨著大功耗服務器的進入，機房內出現送風效果較差、多處存在熱點的現象，極大地影響機房的安全運行。另外，由于機房建設時期較早，水冷系統運行周期過長，存在機組運行不夠合理、能效較差的情況，并且系統未考慮冬季冷卻塔供冷的技術，使機房全年PUE高達2.4，能源浪費嚴重，能效極低。

2 機房能效診斷思路

考慮到主機房內的能效問題通常會影響機房的安全運行，因而機房的節能診斷應采用由內而外、由核心到外圍的診斷策略。這才能最有效、最直接挖掘出機房安全、能效問題的核心。機房節能診斷思路如圖1所示。

圖1 機房節能診斷思路

3 某典型機房存在的問題分析

3.1 機房多處熱點影響安全運行

機房內送回風效率低、空調室內機的配置容量遠超服務器上散熱需求，冷量配置為需求的3.2倍，但是機房內仍多處過熱，嚴重影響機房的安全運行。為了解決機房內的熱點問題，機房內應多處增加風機、風扇進行送風，以解決機房內的熱點問題。圖2為設置獨立風機解決局部過熱示意圖。

圖2 設置獨立風機解決機房局部過熱

3.2 冷凍水系統效率衰減嚴重

機房冷源采用離心機組，前期采用三用一備的方式進行設置?，F場發現夏季室外溫度過高時，4臺機組必須全部開啟才能滿足制冷需求，備份空調已變為主用機組。一方面機房能耗顯著提升，另一方面機房運營安全性受到嚴重威脅。經分析，此現象是因冷凍水系統效率衰減造成的。一方面，冷凍水流量控制不合理，冷凍水流量過大，部分直接旁通回制冷機，導致在部分負荷狀況下，供回水溫差減?。▽嶋H測量僅有2.5℃，遠低于系統設計的5℃溫差），蒸發溫度降低，機組制冷效率下降；另一方面，機組缺乏有效維護，蒸發器積垢也造成了機組效率下降。

3.3 能效問題突出

3.3.1 未考慮自然冷源的使用

機房樓位于室外冷源較好采用的北方區域，并且采用水冷型冷水機組進行制冷，比較適合設置板式換熱器通過采用冬季冷卻塔供冷，減少冷水主機在冬季的運行時間，實現節能；但是機房樓目前仍未設置該板式換熱裝置。

3.3.2 室內機無群控

空調室內機未設置聯控裝置，機房內的各空調室內機獨立運行、獨立控制。在機房負荷較低的情況下，若無人員操作，所有空調室內機同時以低負荷率運行，嚴重降低工作效率。同時，有些區域的空調處于加濕狀態，而另一些處于除濕狀態，也進一步加劇了機房空調的能耗浪費。

4 金融客戶機房節能減排工作思路

機房內的能耗問題通常區分為兩種：一種既與能效有關又嚴重影響機房的安全運行，另一種僅僅與機房的能耗水平相關?？紤]到高安全性是金融客戶機房的典型特點，高保障度是金融客戶機房的基本要求。節能減排工作的開展應以解決影響機房安全運行的高能耗問題為主，以其他能耗問題的解決為輔。在解決安全問題的基礎上實現節能，達到事半功倍的效果。

5 節能技術

5.1 精確送風改造

早期的IDC機房大多采用風管送風或風帽送風方式，一般都是將冷風送到機房，先冷卻機房的環境，再冷卻設備，造成了能耗的浪費。隨著科技的發展，大量的高密度服務器和小型機的使用，造成大多數IDC機房出現房內氣流組織混亂，冷熱氣流混合現象嚴重，導致機房制冷利用效率低下，而且局部過熱問題時有發生，甚至引起設備宕機，給IDC機房的運行帶來嚴重的危害。

精確送風技術是將空調冷風直接輸送到每個機柜，根據每個機柜不同的發熱量有針對性地送風。改變善機房的氣流組織，使空調送風先通過設備，大大降低設備進風溫度，改善設備運行環境，使得設備功耗下降，使用壽命延長。冷通道封閉式精確送風如圖3所示。

圖3 冷通道封閉式精確送風

5.2 冷凍水系統控制優化

1）增加變頻控制系統，采用變頻調速與水泵臺數調節相組合的方法，合理調節水泵的工作臺數及其運行參數；部分負荷下，在滿足系統需求的同時，實現節能。

2）冷水機組都存在最經濟的工作點（負載率），所以機房的熱負荷與制冷主機的負載率存在動態的響應與匹配。其動態響應與匹配曲線示例如圖4所示。

根據機房所需的空調制冷負荷及其變化趨勢，結合制冷機組的容量及COP能效曲線，采用合理的開機、增減機和停機策略，控制機組的啟動數量，達到機組運行在最高效率點上；多臺機組并聯運行時，往往工作在不同的負荷率上，COP能效值也相差甚大，通過調節各臺機組水流量，實現負荷的動態分配，保證每臺機組都工作在COP最大的負荷率上。通過以上系統調測從而最終實現系統的節能。

3）定期清洗制冷機組或設置自動維護設備，清理換熱器水垢，提高制冷效率，減少運行費用。

圖4 離心冷水主機效率與負荷率曲線

5.3 冬季冷卻塔供冷

在常規空調冷水系統基礎上增設部分管路和熱交換器，當室外濕球溫度低到某個值以下時，關閉冷水機組，以流經冷卻塔的循環冷卻水來冷卻冷凍水，提供機房空調所需的冷負荷。用冷卻塔替代冷水機組供冷，達到節省能耗的目的。冷卻塔供冷系統流程如圖5所示。

5.4 室內機聯控

在機房內通常設置有多臺空調室內機，為了達到安全、經濟的運行目的，通常采用空調室內機聯控系統對室內機進行統一的控制與設置；部分負荷下，停掉1～2臺空調末端，避免同一機房內空調同時加濕、除濕，減少能源的浪費。并通過有效控制機房末端空調進回水閥門流量，使空調末端的進回水溫差達到目標設計值。

6 改造成果

6.1 安全性

圖5 冬季冷卻塔供冷系統圖

通過機房內的精確送風改造，機房內的局部過熱及熱點問題有效解決，大大提升了機房內的安全性；通過對冷凍水系統進行控制優化、清洗制冷機組等措施，有效解決了水冷主機存在的備份主機功能缺失的問題，有效提升了空調制冷系統的安全性。

6.2 節能性

通過精確送風、增加變頻控制系統，對冷凍水主機進行群控，控制供回水溫差，以及通過空調室內機聯控關停不需要的末端機組、冬季冷卻塔供冷等一系列改造技術的實施，使機房能效大大提升，機房全年PUE為1.52，冬季PUE為1.35，節能效果顯著。

7 結束語

由于金融企業對于機房安全性、可靠性的要求較高，機房節能減排策略應由內而外地進行，節能技術應緊緊圍繞安全進行實施，在確保機房安全、可靠性的基礎上開展節能減排才是金融企業機房實施節能的核心。

【1】陳焰華，武篤福.冷水機組水系統的配置及設計[J].暖通空調，2003，33（6）.

【2】郭少華，李和仙.關于通信機房精確送風技術的研究[J].計算機與信息技術，2013，3.

【3】余松，鐘利鋒.冬季冷卻塔供冷系統設計應用[J].城市建設理論研究，2013，32.