某數據中心機房環境測試分析

萬鑫 周朝瑜

無錫城市職業技術學院建筑與環境工程學院無錫輕大建筑設計研究院有限公司

0 引言

隨著5G、云計算等新興技術的大規模推廣應用，我國數據中心的數量隨之急速攀升，相應的用電量也在急劇增加，對電力供應提出新的挑戰。2018 年，我國在用數據中心的機架總規模為166 萬個，同比增長33.4%[1]。據統計數據，我國數據中心的年耗電量增速始終維持在12%以上，最高達16.8%，數據中心的高能耗不僅給機構和企業帶來了沉重負擔，也造成了全社會能源的巨大浪費[2]。

數據中心既包括服務器等核心設備，即能源消耗的主體，也有不間斷電源、照明、冷卻等輔助設備。數據中心對環境要求極高，往往依賴空調、冷水機等設備來降溫，冷卻部分的用能占到輔助設施用能的60%以上。機房環境不僅直接影響數據中心的安全運行，且其環境設置與空調系統運行能耗緊密相連，因此數據中心運營時機房環境測試較為重要。

1 項目概況

無錫創新園內某園區西區主要為數據機房區，包括A 棟柴油發電機樓，C、D 棟機房樓，E 棟控制中心?？照{暖通系統總制冷量約53 兆瓦，空調暖通系統包括制冷系統，制熱系統，加濕系統及新風系統。設備主要包括冷熱源設備，末端設備及管網設備等，采用風冷冷水機組作為核心冷源，系統主要設施包括一次泵、二次泵、蓄冷罐、供水環網、回水環網、下送風風道、精密空調、列間空調、新風機組、VRF、加濕器等。

被測機房為西區數據機房，該機房總面積為356 m2，機房內共擺放機柜166 個，總功率為83.4 kW。數據機房內設計溫度為23±3 ℃，相對濕度為50 ±5%。采用分散式空調系統，共設有4 臺同型號風冷型機房專用列間空調，單臺額定制冷量為20 kW，風量為5100 m3/h。室內空調末端擺放位置與機柜平行，空調氣流組織形式為靜壓地板下送上回式，送入機柜服務器內的風量通過不同開孔率的地板進行調節。架空地板高250 mm，地板下平均風速為2.5 m/s，總風量為24000 m3/h。

2 機房溫濕度、潔凈度測試

2.1 測試目的、工具和測試條件

通過對數據機房空調環境進行測試，驗證機房空調系統是否達到設計標準，發現問題，為后期可靠運行及高效運行提供依據，其測試工具等如下表1 所示。

表1 機房測試目的、工具和測試條件匯總表

2.2 測試方法及相關要求

1）機房溫濕度測試方法

測試方法：（1）開機時的檢測應在設備正常運行1 h 以后進行，停機時的檢測應在設備停止運行4 h 以后進行。（2）測試點傳感器應按要求擺放距離地面0.8-1.8 m，距設備表面大于0.5 m 以外處，并避開出、回風口。（3）機房大于50 m2時，測試點按公式為N（L測試點）=A0.（5面積）計算四舍五入取整數。（4）對于采用冷熱通道的機房：①測試點選擇在兩排機柜之間的中心，距離地面0.8 m；每4 個機架位置至少設一個測試點，如圖1 所示；②以冷通道的測量數據為判定依據，熱通道的測量數據記錄備案僅作為參考[3]。

圖1 機房測試點位圖

2）機房潔凈度測試方法

測試時方法及注意事項如下：（1）所使用的塵埃粒子計數器，分辨率應為1 粒。（2）采用光散射粒子計數法，對粒徑大于或等于0.5 μm 的塵埃粒子計數。（3）應對測試房間和空調系統進行清掃，并應在空調運行2 h 后進行測試。（4）采樣時采樣管必須干凈，連接處嚴禁滲漏。（5）計數器采樣管口的朝向應正對氣流方向，對于非單向流的機房，采樣管口宜向上。（6）測試時，室內人員應盡量減少，且測試人員應在采樣口的下風側。（7）測試點應平均分布在機房各個區域，每點測試時不少于1 分鐘。（8）每個測試點至少連續測量3 次，取其平均值的最大值作為最終測試數據。

3）相關參數要求：（1）冷通道或機柜進風區域的溫度為18～27 ℃。（2）冷通道或機柜進風區域的露點溫度為5.5～15 ℃，同時相對濕度不大于60%。（3）主機房環境溫度和相對濕度(停機時)為5～45 ℃和8%～80%，同時露點溫度不大于27 ℃[4]。（4）主機房的空氣含塵濃度，在靜態或動態條件下測試，每立方米空氣中粒徑大于或等于0.5 μm 的懸浮粒子數應少于17,600,000 粒。

3 數據中心測試結果和分析

機房溫濕度及潔凈度測試結果如下表1、表2 所示。由測試結果可進行如下分析：

表2 機房溫濕度測試結果匯總表

表3 機房潔凈度測試結果匯總表

1）數據機房的環境溫度在23～25 ℃區間內，與設計標準要求的環境溫度23±1 ℃對比，基本符合略有偏差。需要指出的是，本文所指機房環境溫度為冷通道內的溫度，熱通道的測量數據僅作為參考。此外，筆者認為，如今服務器所能承受的環境溫度已經有了較大的余地，有些設備甚至可以在無空調系統環境下正常運行。因此達到設計標準的環境溫度23±1 ℃往往并不節能，增大空調系統能耗，使得后期空調系統運營成本過高。根據另一規范[3]，機房的溫度范圍可適當放寬至18～27 ℃。據此判斷測點溫度數據對應的空調系統工況合理。

如果測試過程中發現局部的熱點，不應盲目增大空調設備制冷量來降低整個機房空間溫度，而應根據實際服務器的功率進行氣流組織模擬，然后通過調整服務器的擺放位置或在局部設置一些隔熱卷簾等方法來優化機房內的氣流組織。實踐證明這些措施均能有效的解決局部熱點問題。

2）機房空氣相對濕度范圍為31%～35%。而制冷與空調工程協會的“數據處理環境熱準則”建議濕度范圍為40%～55%，與此標準存在一定偏差。根據規定，開機時機房內的環境環境濕度標準為：A 級45%～65%，B 級40%～70%，C 級30%～80%；一般通信機房的標準均應達到A 級標準[5]。由此可見機房內的相對濕度測試結果與A 級標準相比偏低。

濕度對計算機設備的影響非常明顯。當相對濕度較高時，水蒸汽在電子元器件或電介質材料表面形成水膜，容易引起電子元器件之間出現形成通路。當相對濕度過低時，容易產生較高的靜電電壓。因此，對于機房相對濕度較低的情況應開啟專用空調加濕器保證機房相對濕度滿足A 級標準要求[6]。

3）機房空氣含塵濃度基本在3000～4000 粒/L 之間，個別測試點超過了4000 粒/L。根據要求，A 級和B 級主機房的含塵濃度，在靜態條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5 μm 的塵粒數應少于18000 粒[7]。由此判斷測試數據滿足潔凈度要求。如果遇到沙塵天氣，服務器和網絡設備可能存在積灰現象，不利于散熱，設備工作不穩定。為了避免上述不良情況，應重視機房防塵工作，具體措施為：對送入機房的新風進行過濾。開向室外的門窗宜設置紗門、紗窗，外窗應具有較好的防塵功能。定期打掃機房，清洗防塵網。工作人員進入機房前應戴鞋套、穿防靜電工作服。

4 結論

數據中心建成正式運行前，空調系統機房環境測試是非常重要的一個環節。對空調系統相關測試數據的分析可以提前發現數據機房存在的隱患。運行維護人員可以通過針對性的措施來排除數據機房在運行時空調系統所造成的系統性風險，同時可以幫助運維人員熟悉空調系統操作流程和運營規范，確保數據中心的安全運行。本項目空調系統機房環境測試為類似項目建設、運營提供了參考。