摘 要：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心因設(shè)計、建設(shè)之初規(guī)劃經(jīng)驗不足，隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)備的不斷增加，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部分設(shè)備因制冷量不夠、散熱受阻等原因造成熱量堆積，不僅影響設(shè)備正常運行，甚至宕機，嚴重的時候?qū)е聵I(yè)務(wù)中斷、數(shù)據(jù)丟失。在如何解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備的局部熱點問題方面進行研究，為數(shù)據(jù)中心使用方提供多種解決方案，以保證傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在線使用的情況下，消除局部熱點，保障設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。

一些在用的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，在建設(shè)之初，因?qū)φw設(shè)計缺乏經(jīng)驗，存在精密空調(diào)氣流組織不理想、制冷量不足、設(shè)備擺放不合理等狀況，隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)備的不斷增加，機柜內(nèi)設(shè)備溫度提升，部分機柜或機柜內(nèi)部分區(qū)域出現(xiàn)過熱情況，形成局部熱點。GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的溫度要求為(開機時)18℃～28℃，當出現(xiàn)局部熱點時，局部熱點區(qū)域設(shè)備將面臨運行速度緩慢、宕機等風險，嚴重的情況下會造成業(yè)務(wù)中斷及數(shù)據(jù)丟失，需耗用大量的人力物力進行業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)的恢復(fù)工作。而出現(xiàn)局部熱點的數(shù)據(jù)中心一般處于運行狀態(tài)，業(yè)務(wù)無法中斷，無法對數(shù)據(jù)中心進行整體改造，本文主要針對該類數(shù)據(jù)中心局部熱點問題產(chǎn)生的主要原因和解決方式進行闡述。

1 數(shù)據(jù)中心局部熱點產(chǎn)生的主要原因

以某數(shù)據(jù)中心為例，平面布局見圖1，數(shù)據(jù)中心區(qū)域面積約260㎡，層高4.2m，設(shè)計機柜數(shù)量41臺，按單個機柜運行負荷4kW計算，設(shè)備運行總負荷164kW，該數(shù)據(jù)中心配備35kW制冷量下送風、上回風精密空調(diào)6臺，空調(diào)總制冷量210kW。

圖1 某數(shù)據(jù)中心平面圖

圖例：①精密空調(diào)②網(wǎng)絡(luò)機柜③服務(wù)器機柜

對比以上數(shù)據(jù)，空調(diào)的總制冷量容量已經(jīng)超出IT設(shè)備的冗余。但在數(shù)據(jù)中心的運行中發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)仍出現(xiàn)局部熱點現(xiàn)象，尤其在發(fā)熱量較大的小型機區(qū)域，局部溫度超過30℃，通過實地勘測，發(fā)現(xiàn)主要原因如下：

1)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部機柜擺放雖然采用了機柜面對面、背對背的擺放方式，且所有的通風地板安裝在機柜的正面，滿足機柜前部進風后部回風的送風模式，但機柜區(qū)域沒有進行冷/熱通道封閉，造成大量冷風在沒有進入機柜內(nèi)部的情況下，直接與數(shù)據(jù)中心熱空氣對流形成混風，造成冷量流失。圖2是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃之初時設(shè)計的理想狀態(tài)下的空氣走向圖，但與將電流限制在線纜中并作為設(shè)計的一部分的清晰可見的配電系統(tǒng)不同，氣流只是大體受限于數(shù)據(jù)中心設(shè)計，實際的氣流在實施過程中并不可見，而且不同部署地點之間會有很大差異。實際運行中，空氣氣流組織受各種條件影響，無法完全按照設(shè)計圖紙所示意的氣流方向流通，常出現(xiàn)冷熱風短路和橫向混合等現(xiàn)象。

圖2 空氣走向示意圖

2)機柜之間的空機柜位造成冷量流失，本數(shù)據(jù)中心中機柜與機柜之間存在間隔布置的情況，造成機柜前方通風地板送出的冷風有部分直接通過機柜 之間的空隙流失至熱風區(qū)域，造成冷量流失。

3)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備種類很多，如服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等。因每臺機柜內(nèi)布置的設(shè)備類型和設(shè)備數(shù)量不相同，且不同的設(shè)備其物理尺 寸、功率均不相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)每臺機柜的密度和功率有高低區(qū)別。而數(shù)據(jù)中心采用房間級制冷的方式，當單臺機柜的功率、密度較高時，對應(yīng)的通風地板的送風量與機柜內(nèi)IT設(shè)備所需的制冷量不匹配時，將會導(dǎo)致機柜內(nèi)設(shè)備因制冷量不足出現(xiàn)局部熱點現(xiàn)象。

4)數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有通風地板的開孔率一致，離精密空調(diào)出風口位置近的通風地板的出風量大，遠端隨著風壓降低，送風量逐漸變小，可導(dǎo)致精密空調(diào)送風距離較遠的末端區(qū)域設(shè)備的制冷量不足，形成局部熱點區(qū)域。

5)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的部分機柜內(nèi)有空U位或設(shè)備和設(shè)備之間留有空裝空隙，這些空位沒有采用機柜盲板進行封閉，機柜前方的冷空氣可直接通過機柜空位進入熱風區(qū)域，造成冷量的流失。

6)部分機柜本身散熱問題，如機柜門開孔率低、機柜風扇老化等，導(dǎo)致機柜內(nèi)的熱風堆積，散熱阻礙，機柜內(nèi)部出現(xiàn)局部熱點。

7)設(shè)備本來身散熱問題，如設(shè)備因老舊散熱系統(tǒng)老化或發(fā)生故障，導(dǎo)致設(shè)備自身產(chǎn)生的熱量無法高效的被排出，造成機柜內(nèi)渦流，致使機柜內(nèi)壓力 和溫度升高，形成局部熱點。

8)架空地板下空間不足，再加上架空地板下布放橋架、強弱電管路、消防管路等，對冷空氣的送風通道形成了阻礙，冷風不能足量到達設(shè)備區(qū)域， 造成了數(shù)據(jù)中心熱點。

2 數(shù)據(jù)中心局部熱點的解決方式

2.1 進行冷/熱通道封閉和封堵同行相鄰機柜間的空隙

對數(shù)據(jù)中心的冷通道或熱通道進行封閉處理，同時對相鄰機柜間的空隙進行封堵處理，有效的對數(shù)據(jù)中心的送風和回風氣流進行的隔離分配，避免了冷空氣和熱空氣的直接混合，減少了冷量的浪費。冷/通道封閉和機柜間的空隙封堵后，冷空氣必須經(jīng)過機柜內(nèi)的設(shè)備才能釋放到機柜背面的熱通道內(nèi)，機柜內(nèi)的設(shè)備的制冷量增加，局部熱點將有所改善。

2.2 安裝可調(diào)節(jié)風量的通風地板

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)大多采用下送風、上回風的送風方式，地板下空間作為空調(diào)的靜壓箱，在機柜前方安裝通風地板為數(shù)據(jù)中心送風，這樣就造成了靠近精密空調(diào)端的通風地板因為送風壓力強，出風量大，而遠端則反之，數(shù)據(jù)中心遠端機柜位會出現(xiàn)制冷量不足現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以考慮在安裝可調(diào)節(jié)風量的通風地板來改善，在靠近數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)端將通過地板的送風量調(diào)低，靠近遠端或高密度、大功率設(shè)備處則調(diào)高，這樣可有改善數(shù)據(jù)中心的局部熱點。

2.3 精密空調(diào)底板安裝導(dǎo)流板

下送風的精密空調(diào)的出風口在精密空調(diào)底部，因為數(shù)據(jù)中心的架空地板高度一般為300mm～500lm，部分冷風從風口吹出后，會撞擊地面形成回風再吹向架空地板面，形成S形送風，送風阻力變大，送風距離下降約40％～60％，造成數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)送風遠端制冷量不足，形成局部過熱?？梢栽诰芸照{(diào)送風口處設(shè)置弧形送風導(dǎo)流板，冷風隨著導(dǎo)流板的方向向前推進，減少送風阻力，延長送風距離，有效的避免數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)遠端機柜位置制冷量不足。

2.4 均衡單機柜設(shè)備功率

將數(shù)據(jù)中心的大功率的設(shè)備分散在不同的機柜或區(qū)域安裝，將其安裝于機柜中下部，避免大功率機柜和高熱區(qū)域出現(xiàn)。

2.5 將地板下的橋架和線管改造到機柜上

地板下的強弱電橋架、管線等導(dǎo)致空調(diào)風阻變大，在改造時，將下走線線纜和橋架改造成上走線形式，增加地板下的空間，利于精密空調(diào)的送風。

2.6 在高密度機柜里安裝風扇

數(shù)據(jù)中心內(nèi)的機柜因為安裝設(shè)備的密度或設(shè)備的功率不一樣，機柜所需的制冷量也就不一樣，而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心大部分采取房間級制冷，無法精確的針對每臺機柜所需的制冷量來定制每臺機柜的送風量，容易出現(xiàn)局部熱點?？紤]在機柜前部和機柜頂 端各設(shè)置兩套風扇，通過加速機柜內(nèi)部氣流的流通，能夠快速帶走機柜內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的熱量。

2.7 在高密度機柜前安裝主動進風的風口板

數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通風地板常為固定開孔率或為機械調(diào)節(jié)風量式，地板下的冷風只能在精密空調(diào)的冷風將地板下空間全部充滿后，通過風壓將冷風通過通風地板壓送至地板上空，這種送風的氣流速度較慢，這種氣流速度往往無法滿足高密度或大功率設(shè)備的制冷需求，形成局部過熱現(xiàn)象?？梢詫⒃擃愒O(shè)備的前方的通風地板更換成主動進風的風口地板，更換后的地板可根據(jù)熱點區(qū)域溫度和地板下的冷氣溫度，自動調(diào)節(jié)送風風量，消除機柜溫度熱點。

2.8 封堵沒有設(shè)備的空閑U位

在進行了冷／熱通道封閉后，如果機柜內(nèi)有空閑的U位，可以通過安裝機柜盲板封堵空閑的U位，讓通道內(nèi)的冷量必須通過機柜設(shè)備位置才能排放至機柜外，直接帶走設(shè)備的熱量，有效的防止冷通道內(nèi)的冷量流失。

2.9 增加輔助空調(diào)

依據(jù)能量守恒定律，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)制冷量熱負荷與區(qū)域熱量應(yīng)是守恒的，從設(shè)備安全穩(wěn)定運行的角度考慮可以有一定的制冷余量，一般以單臺空調(diào)出現(xiàn)散熱失效而不影響區(qū)域內(nèi)設(shè)備正常運行為準(N+l模式)，當數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)局部熱點時，在局部熱點區(qū)域增加輔助空調(diào)是一個快捷、簡便的方法，只是投入成本和數(shù)據(jù)中心的運行成本會增加。

3 結(jié)語

隨著機房規(guī)劃、建設(shè)水平的不斷提升，綠色數(shù)據(jù)中心逐漸替代了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的PUE值也越來越低，響應(yīng)了國家的節(jié)能減排的號召。但因為數(shù)據(jù)中心建設(shè)投資高、建設(shè)周期長等原因，一些傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心還需持續(xù)運行，所以對于解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運行中出現(xiàn)的問題，還需要不斷的解決，本文通過對一例在運行的數(shù)據(jù)中心的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)狀，對數(shù)據(jù)中心局部熱點問題進行了闡述，提出了解決方案。在實際項目運行中，需結(jié)合項目實際情況，綜合考慮解決方式的可行性、安全性、經(jīng)濟性、先進性等，選擇合適的改造方案。

本文標題：關(guān)于解決數(shù)據(jù)中心局部熱點問題的研究

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