【干货】机房综合楼的节能方案
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001／ 机房综合楼的节能方案
原因分析：
机房局部发热现象往往发生在高温季节即夏季，其它季节不易发生。造成上述原因有两个：
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部分冷量泄漏
由于机房上下各层都安装了精密空调，实际受热面仅为四周墙体的负荷为主要热源，华东地区墙体的负荷温差东南西北四个朝向在0.31-0.40 时，(温度衰减系数)南京的修正系数为垣2。在冬季室外温度为若取0℃，机房室内为22℃，最大差值取22;在夏季室外温度为若取35℃，机房室内为22℃，最大差值取13，可见冬季机房室内传出的热负荷比夏季机房室外传入室内的热负荷要多。也就是说机房专用空调机组在冬季与夏季的带载总量(热负荷)是不一样的。
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冷凝器在高温季节效能下降
机房空调的冷凝器在高温季节效能下降是另外一个原因，由于冷凝温度是在产品定型时就设计好的值，而在实际使用中的冷凝温度是变化的。环境温度超过40℃，冷凝器换热效能下降明显。我们做过实验，环境温度在8-14度空调机组的EER为4 (能效比)。
具体如下图：
温度与空调能效对比曲线图
可见改善机房专用空调冷凝器在高温季节的使用环境尤为重要，也是解决夏季机房发问题的一个重要手段。
机房围护墙体不密封尧不保温是造成机房空调制冷量不够的一个问题，也是节能的一个关键点。由于机房设备的散热量是相对恒定值，所以机房局部发热现象严重时往往发生在高温季节，其它季节不易发生。
002／措施
节能措施：
通信综合楼的“建筑节能”与“提高空调运行效能”往往容易被维护人员疏忽，如果能在机房建设前期就注重墙体材料的选择与空调室外机组的摆放位置;并且在综合楼的北面某个区域预留好空调冷凝器的位置(机房空调的能效将比目前随意安装效能要高)，那么综合楼的节能将事半功倍。
维护工作应该注重下面三个方面的节能：
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1.建筑节能
建筑物的空调负荷有一部分来自建筑物的外围护结构，外围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。
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2.提升管理水平
合理设定机房空调内的温、湿度，机房空调工程设计参数的取值，不仅直接影响系统的造价，也影响着系统运行效率和运行能耗。在维护工作中根据实际情况在允许范围内调整室内温湿度的取值，可以减少空调系统的能耗。
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3.注重技术创新，提高设备效能
众所周知，机房专用空调的冷凝器冷凝温度在产品出产时就已经设计好，而在实际使用中的冷凝温度是变化的。冷凝温度与环境温度有关。环境温度不仅随季节变化，并且每天昼夜也在不断变化。因此要保证空调在高效能下节能运行，就必须保证空调的冷凝器有一个较好的使用环境。
通信综合楼的节能是一个系统工程，要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能观点，既注重综合楼的美观，又注重节能型建设材料选用;既注重设备的安全运行，又注重设备的运行能效，只有这样才能达到节约能源。
003／ 机房制冷系统的节能措施
在机房生命周期内，用电成本有可能超过机房内IT设备总成本，但这并没有引起太多关注。其中占机房用电总量38%的制冷系统表现得尤为突出。“LawrenceBerkeley国家实验室独立研究显示，制冷效率降低20%，便可能导致整个电力消耗增加8%。这对于一个使用寿命为10年、容量为500kW的数据中心而言，被消费的电力成本约为70万美元。”本文主要就机房制冷系统浅谈节能措施。
004／ 存在问题
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机柜内空气流通通道不合理造成用电成本增加
在机柜使用过程中，机柜基本上被当作是码放服务器的机械设备，甚少有认真考虑过机柜的空气流通路径。由于热空气会上升，加之机柜顶部排风扇的抽气作用，使得机柜内最下层设备排出的热空气在上升的过程中被上层设备的进气口吸人，即上层设备吸人的不是完全的空调制冷气体，而是混合了下层设备排出的热气体，形成空气再循环现象，使得设备无法吸人足够的冷空气导致中上层IT设备温度升高约8℃。中上层设备的自动温控系统一探测到设备温度升高，就会自动加速设备的排风系统转速，从而形成用电量增加。同时，多台设备码放在同一机柜中，使得设备排出的热空气不能迅速释放，容易形成“热点”，导致机房管理员采取加大制冷量来解决机柜局部高温问题，进一步造成用电量的增加。
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机柜摆放不合理形成的用电量增加
机柜摆放时，主要考虑美观、易用、以及物理的限制，未能充分考虑到机柜的摆放位置与空调系统的送风口与回风口的位置关系。在实际情况下，大约有25%机房的机柜面向同一方向摆放，同一方向摆放可能导致严重的短路循环问题，而且肯定会出现“热点”。同时，同一摆放会形成机柜与空调的进出风口位置上的错位，使得空调的冷空气在进入IT设备的进风口时已与热空气混合，设备排出的热空气不能直接到达空调系统的回风口，形成热冷空气在传输过程中混合在一起，影响空调效能的充分发挥，造成能源浪费。
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刀片服务器的大量使用给机柜散热带来的问题
按照常规计算，目前机房机柜平均功耗在2KW左右。而伴随着刀片服务器的大量使用，每个机柜的功率达到l0KW以上，机柜的温度直线上升，给机柜带来散热难题。按有关部门的统计：刀片服务器系统进气口需要大约2500cfm(立方英尺/分钟)(相当于1180升/秒)的冷空气(以排出的气体温度升高20华氏度[11℃]的常用值计算)，机柜后部也要排出相同数量的热空气。无论散热系统能否提供足够的冷空气，这些设备都要吸入这么多的空气。如果机房不能为机柜提供足够的冷空气，机柜中的设备就会吸入自己排出的热空气(或者相邻机器排出的热空气)导致机器过热形成“热点”，解决问题的传统办法就是增加冷空气(加大空调功率或增加空调)，但带来用电量增加。
005／解决方法
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1.安装档板以解决机柜空气再循环问题
在机柜服务器与服务器之间安装档板，通过档板阻碍机柜中下层服务器排出的热空气进入中上层服务器的进气口，使热空气按照规定路线流动，以保证所有服务器吸人纯冷空气，解决服务器排风扇加速运转所消耗的电力问题，充分发挥空调效能(对比图如1所示)。
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2.完善送风口与回风口设计
送风口的关键位置在于尽可能邻近设备进气口处，将冷空气限制在冷通道内。对于地板下空气分布，将打孔地板置于冷通道内。上送风系统与下送风系统一样有效，关键是将分配通风口置于冷通道上部，而且这些通风口的设计必须要能引导空气直接向下进入冷通道。在上送风系统与下送风系统中，任何通风口若位于不运行设备的位置，均应关闭。
回风口的关键位置在于尽可能邻近设备排气口处，并从热通道收集热空气。在某些情况下，使用架空吊顶强制通风，这样回风口便可轻松与热通道进行协调。当使用高敞开式整回风天花板时，最好的方法是尽可能将回风口位置抬高，并用管道系统连接回风口，以协调回风口与热通道。
五种基本方法解决高密度机柜散热问题
A.分散负载：将负载超过平均值的机柜中的负载分散到多个机柜中。
B.基于规则的散热能力转借：通过采用一些规则允许高密度机柜借用邻近的利用率不高的冷却能力。
C.辅助散热：使用辅助散热设备为功率密度超过机柜设计的平均值机柜提供所需的散热能力。
D.设定专门的高密度区：在机房内设定一个有限的专门区域提供强散热能力，将高密度机柜限制在这一区域内。
E.全房间制冷：提供符合机房内每个机柜散热量总合的散热能力。
006／机房空调节能措施
空调制冷系统一般由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作原理为：制冷剂在压力温度下沸腾，直到低于被冷却物体或流体的温度。之后，利用压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将其压缩至冷凝压力，然后送往冷凝器，在冷凝器中冷却成液体。在制冷器冷却时所产生的热量会传给冷却介质，冷凝后的液体通过膨胀阀进入蒸发器。这个过程中，蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制冷目的。了解了空调系统制冷的过程之后，我们就能从这个机制中找到可调控的点，最终达到节能的效果。
1.机房专用空调设备选型
在对自控新风冷气机设备进行选型过程中，机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据，因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据，然后再对选定的新风设备型号进行其它次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算，可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定。
2.空调系统设计
一般空调系统设计时，系依“最大负荷再加上20-50%预留负载量”而设计；实际运行时，空调系统均并未达满负载状态，系统存有甚大的冗余；因此空调系统需要：
将不必要的冗余空调负载减供；
将无效使用的进行无效能减供；
有效使用大自然新风供冷的制冷能力。
3.机房空调的和谐制冷设置(13种手段)
（1）提高制冷系统温度设置值。
为了最大限度的提高容量和优化效率，设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。
（程控机房的温度要求保持在15℃-25℃以内，程控交换机房的温度设定为20℃，精度为1℃。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下，没有根据环境温度及设备特点作出相应的调整，室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费，也是对技术优势的浪费。）
（2）适当设定回风温度值。
节能理论依据是，当程控机房需要降温时，空调工作在制冷状态，此时若将回风温度值设高些（在满足机房温度要求的条件下），会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理，当程控机房需要升温时，空调工作在加热状态，此时若将回风温度值设低些，会使加热器运行时间缩短起到节能作用。
（3）改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式；
（4）通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季)；
（5）加强机房密封性能，夏季合理利用机房窗帘调温（经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力）；
（6）在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备；
根据设备规格：一般每80平方米空间配置一台加湿机和除湿机，技术规格为加湿机5-9公斤/小时、除湿机3-5公斤/小时。在机房相对湿度低于20%时开启加湿机，相对湿度高于80%时开启除湿机。
如果机房使用单独加湿器，切勿使机房湿度值高于需求，这会导致多个制冷设备相抵触运行:如果两个制冷系统回流气体温度不一致，或两个设备的湿度传感器校准不一致，或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度，另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源，而且机房管理员也不容易发现。
制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决:
a)使用中央湿度控制；b)协调制冷设备之间的湿度值；c)关闭制冷系统中一个或多个加湿器；d)使用浮动数值设定。
确认系统设定值是否相同，校准是否相同，并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下，将浮动数值范围设定为士5%，便可以纠正这一问题。
（7）机房空调联机控制；
a.采取空调联机控制运行的理论依据
对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时，由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗，现象是部分空调处于加热状态，而部分空调则处于降温状态；或者是部分空调处于加湿状态，而部分空调则处于除湿状态，其主要原因如下：
空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害；
空调设备温湿度设置的差异或异常；
空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异；
往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉，这样所带来的电能损失是相当巨大的。以某机房所作的统计分析，从11月至2月的机房电费支出中每月近三分之一的电费是由于多台空调处于独立工作而内耗掉了。
b.空调内部损耗分析
假设空调Ⅰ对室内温度检测正常，而空调Ⅱ检测有1℃的偏差，两台空调设置温度为20℃，稳定状态范围在18℃-22℃，当温湿度传感器探头检测到室温高于22℃时，压缩机将起动降温，低于18℃时，加热机构则起动升温。
a) 0----t1段：空调Ⅰ和空调Ⅱ处于稳定状态，空调Ⅰ检测的室温为20℃，空调Ⅱ由于偏差1℃检测值在21℃，此时两空调既不加湿，也不降温。
b) t1----t2段：由于机房温度的升高（或是外界环境变化，或是通信设备运行造成的升温）。空调Ⅰ和空调Ⅱ检测温度均在升高。
c) t2----t3段：由于空调Ⅱ的传感器检测的温度已超过22℃（其实有1℃的偏差）。故空调Ⅱ压缩机起动，开始降温。空调Ⅰ也随之温度下降。
d)t3----t4段：随着空调Ⅱ的不断降温（此时已经存在传感器偏差引起的不必要的降温了），在空调Ⅱ达到20℃时并没有停止降温，因为空调内部设置有延时功能，仍要持续一段时间来降温，在t3时刻，空调Ⅰ的检测温度已低于18℃的临界值，故空调Ⅰ开始升温，此时间段是空调Ⅰ升温，空调Ⅱ降温，处于相互作用冲抵阶段，此时便产生严重且不必要的内部损耗。
c.联机控制方案
a)选取机房中某一台空调作为主控空调（空调1），其他空调依次与其控制器连接；
b)通过主控空调来设置联机信息，包括联机数量、各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间；
c)通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调，实现一致性的升降温和加除湿状态；
d)通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行，同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作，部分空调从不工作的弊端。
（8）采用计算机自动控制技术，随时根据外界因素的变化，通过对空调运行状态的判断，自动调节室内温/湿度值，使压缩机或加热工作时间减少，达到节能目的。
（9）采用水冷作为冷媒的空调或采用制冷背板； 液冷系统的制冷原理是，把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。
形象地理解，液冷设备与精密空调的区别，就像冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说，液冷系统将每个机柜包装成为一个“冰箱”，而精密空调则把整个机房制冷为一个“冷库”，其能耗的差别不言而喻。使用液冷系统节能的效果不仅仅在于制冷方面。“液冷系统有一个与众不同的系统，叫‘Freecooling’(自然冷却系统)。液冷系统的进水口温度需要低于15摄氏度，而当环境温度低于15摄氏度，就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体，仅仅用自然冷量制冷即可。
以上海为例，每年至少有三个月的环境温度低于15摄氏度，也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”，总体而言，相对于传统制冷设备节能30%。
（10）针对设备比较少的机房，通过人为的控制，增加巡视次数，根据现场实际情况，灵活掌握开机数量以及开机时间；
（11）对机房加以改造，增加机房通风换气能力；
（12）适当增加机房内设备隔断，提高机房空调利用率；
（13）整改机房空调送风风道，使温度条件要求高的设备充分得到空调送风，以此提高空调使用效率。
007／小结
1、对于制冷设备
一般空调系统设计时，系依"最大负荷再加上20-50%预留负载量"而设计；实际运行时，空调系统均并未达满负载状态，系统存有甚大的冗余；因此空调系统需要：
（1）将不必要的冗余空调负载减供；
（2）将无效使用的进行无效能减供；
（3）有效使用大自然新风供冷的制冷能力。
2、空调系统的简单制冷设置
（1）提高制冷系统温度设置值。（设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。）
（2）适当设定回风温度值。
（3）改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式；
（4）加强机房密封性能，夏季合理利用机房窗帘调温（经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力）；
（5）在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备；
3、一些小技巧
（1）在不影响制冷效果的情况下，适当调高空调的温度；
（2）设置低温关闭功能，因为空调在压缩机不工作的时候每小时也会消耗大约50W的电量。适时关机，这样不仅节省了电能，也延长了空调使用的寿命。
（3）要让空调和新风系统联动，机房主要靠空调来保持内部的温度，在冬天或夜晚利用基站室内外的温差，把机房外的冷空气引进来，同时把机房的热量散发出去，就可以降低机房内的温度，节约空调的电能。即在一定的温度下停止空调的制冷，开启新风系统。
