送风方式对能耗的影响
本课件作者：丁涛。观点：不能因为计算中心占地面积大，能耗大就可以大手大脚，不计成本。其实计算中心挖潜的余地很大，优化计算中心机房的送风方式就是一个很好的例证！
下送风方式优于其它送风方式
对全国几个具代表性的大型IDC机房进行调研，（同室外环境温度35~38℃的状态下）：
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内 容
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下送风
专用空调机房
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上送风
专用空调机房
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上送风专用空调
和普通空调间隔安装
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服务器运行负载功率（KW）
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1120
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255
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112
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509
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空调同步能耗功率（KW）
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550
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322
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121
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981
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空调占服务器能耗的比值
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49%
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126%
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108%
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192%
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温度梯度的图解模型：
根据数学模型，我们建立温度梯度的图解模型，机房不同高度的温度梯度可模拟为下图（下送上回方式见图a；上送下回方式见图b）。
温度梯度图形解析
由下图中最右的温度梯度图形可知，在同一个机房的相同环境下，两种送风方式在机房空间的温度梯度存在明显差异，其差值可由下图表示为：
下送风方式是计算中心机房最佳的气流组织方式。它使温度在机房工作区整个高度上的阶跃值小于上送风的方式，因为它阻止了设备放出的热量再返回到机房工作区，提高了制冷效率，节约了能耗。
对上送风机房的送风改造措施
上海电信某上送风IDC机房，其通信设备发热量与空调机冷量数据如下：
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机房名称
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机房面积
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空调总容量
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设备总发热量
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机房冷负荷（设备发热量＋其他冷负荷)
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主机房
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450㎡
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308.5KW
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187.95KW
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215KW
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网络机房
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100㎡
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47.1KW
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21.575KW
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28KW
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小 计
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550㎡
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355.6KW
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209.5KW
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243KW
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由于IDC机房热量大，上送风空调冷风吹不远，往往在机架走道1/2--2/3距离内有效果，其余地方是热浪滚滚。为此，我们采取计算摸拟的方式来确定介决方案：
采取加装接力风机的方式，见下图。机房经过两个夏季的考验，效果良好。
机算中心上送风机房另一种改造方法：管道上送风方式(节电20%以上)
下送风的两种形式
(1).IDC机架工艺(冷风架内循环)
IDC标准机架工艺
(2) IDC机架工艺(冷风架外循环)
冷风架外循环理想状态
架外冷风循环不理想状态
两种气流组织方式比较
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机架内
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机架外
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1
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风阻
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小
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大
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2
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先冷却机架内
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是
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否
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3
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先冷却环境
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否
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是
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4
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影响机架上部冷却
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否
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是
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机架实测：
某数据中心
单个机架发热量：2.8kW
送风方式：下送风上走线
实际测试：
送风平均温度为18℃，机架出
风温度为30℃
小结
采用冷风架内循环(小于4KW/架)时：
*假地板高度0.5米,机架顶应加装强制风冷电机。
假地板高度0.5米,功耗2KW/架左右可不加装强制风冷电机。
*假地板高度大于1米时,机架可自然冷却。
在冷量足够时,要确保冷风路由不短路，不紊流，这才是空调节能的保证！
气流组织要适应高功率密度机架
约束气流和自由气流
气流的流动有2种基本形式，一种是约束流，即在有限空间内被强制按照人为规定的路径流动，例如风管内的气流, 机架内的风道；另一种是自由气流，例如上送风系统中的射流。在计算中心机房中，约束流的计算方便，气流利用率高（不容易形成呆滞区），在冷却设备时应首先考虑此种方式。自由气流对环境冷却中可以应用，由于其有较好的弥漫性，对控制环境有很好的作用。
气流短路和送风扩散
气流短路主要是存在短路路径，例如空调出风口和回风口太近且无物理阻隔，就会造成空调气流短路，又如在机架中，进风的前腔和排风的后腔的水平空间中没有隔板，也会造成冷气不经过服务器而直接短路到排风。气流短路还可能发生在前后没有良好隔绝的服务器进风和排风口。短路的气流是有害的，没有按照规定的路径带走热量，只是空循环。
在实践中，我们对送风扩散做过测试，选择前面板开孔的机架，测量进风速度、排风速度和机架内参考点温度，然后将面板封闭，在其他工况完全的情况下，数据有明显差异。
上表说明，在面板开孔情况下，由于送风无效扩散，风速大风量大能耗增大，而冷却效果下降。
一个刀片是一个卡式服务器,上面装有处理,记忆单元,硬盘,整合的以太网 NICs,可选的光纤HBAs通道，硬件方案管理及其他 I/O 技术。
IBM：
Each BladeCenter chassis occupies “7U”– 每個刀片机箱占“7U”；
Max 6 BladeCenters in standard “42U” rack – 每個机架可裝6個机箱共“42U”；
Max heat output per BladeCenter: 4kW – 每個机箱最大發熱量4KW；
Max heat output per rack: 24kW – 每個机架最大發熱量24KW；
Nominal cooling airflow: 6×850 = 5100 m3/h –額定散熱風量 6×850 = 5100 m3/h。
Dell：
10 PowerEdge 1855 Blades occupy “7U”–10個PowerEdge 1855刀片占“7U”
Max 60 PowerEdge 1855 Blades instandard “42U” rack–每個机架可裝60個PowerEdge 1855刀片共“42U”
Max heat output per 10 Blades: 4.17kW–10個刀片最大發熱量4.17KW
Max heat output per rack: 25kW –每個机架最大發熱量: 25KW
Nominal cooling airflow: 6×680= 4080 m3/h – 額定散熱風量： 6×680 = 4080 m3/h
kW/m2→KW/Rack
刀片服务器是插入一个供应共用框架，如电源，制冷，服务器管理，KVM开关的机箱
每个机箱是7U,每个机架是42U,也就是每个机架可装6个机箱
目前刀片服务器在数据中心一般都分散装在几个机架上
重量也是问题-满载机架大约可达到900公斤
由于在同一个机架上的刀片服务器不可能同时满载，实际上的热负荷小于估计值(IBM和Siemens只为他们的设备提供最大15KW的制冷量)
对策
a.低功率密度(小于4KW/架)
下送风架内循环，效率高已采用
b.中功率密度
下送风+活化地板，己有部分机房在试用
活化地板系統:
EC 風機,由独特的控制軟件控制
c.高功率密度(大于12KW/架)
下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管)，修改目前规范。
多种对策在一个机房的应用：
专用空调与普通空调对能耗的影响
计算中心机房显热量大:
专用空调显热比为0.95压缩机能效比3.3
普通空调显热比为0.65压缩机能效比2.9
以CM20A专用空调为例:总冷量19.1KW，则显冷量18.2KW;
普通空调要产生18.2KW的显冷量，则:18.2KW/0.65=28KW
两种空调的年耗电计算:
专用空调
(19.1/3.3)*24*365=50702KWH
普通空调:
(28/2.9)*24*365=84579KWH
普通空调比专用空调年耗电量大:
84579/50702=1.67倍。
计算中心机房的节能管理
(1)节能减排工作的理念:
a.计算中心是耗电大户,一定要有节能意识。
b.一切服从于安全供电，不断提高供电系统的可用性永远是第一位的，安全供电是最大的节能,不能牺牲设备的使用寿命。
c.节能数量不能是无限的，大多数节能是节约原来多消耗的那一部分。
d节能在短期内还需要一定的投入。
e节能不能增加维护工作量。
(2)节能管理的三种模式
A.减少能耗（节约）型节能；
限制用能：“人走灯灭”
非高峰时段停开部分电梯；(不影响使用)
B.设备改善（更新）型节能；
用新的高能效的设备(如:改造相控)
C.运行改善（优化管理）型节能。
负荷追踪的动态管理：装置与供电局同步的智能电表(统计用)
成本追踪的动态管理：跟踪电费单。
(3)系统功能:(供参考)
1 实时监控
●实时能耗监测
●能源质量监测
●主要设备运行监控
●实时能量平衡
2 设备优化
●能耗最优的控制模型
●优化控制
3 需量管理
●设备分组管理
●控制优先级
●提前调节预警
●线路运行方式自动识别
4 无功管理
5 仿真优化
●自动负荷仿真建模
●仿真运行
●仿真调度
6 成本单耗分析
●成本分摊
●单耗分析
7 其他能源管理
8 能耗审计（选项）
●帐单校核
●生成审计报表
9 决策支持（选项）
●预测分析
●项目改造效果预测
●数据综合分析
10 系统维护管理
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