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基于RCI、RTI的数据中心气流组织评价与优化

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2021年8月中作者：苏鹏伟

[导读] 数据中心的能耗问题也逐渐成为制约其发展的主要障碍。数据中心空调系统的能耗占到总能耗的约30％，而空调风机又占到空调系统总能耗的50％左右。降低空调系统能耗是目前数据中心节能的关键手段。

捷通智慧科技股份有限公司苏鹏伟北京市 100020

摘要：数据中心的能耗问题也逐渐成为制约其发展的主要障碍。数据中心空调系统的能耗占到总能耗的约30％，而空调风机又占到空调系统总能耗的50％左右。降低空调系统能耗是目前数据中心节能的关键手段。本文主要探究了北京地区某数据中心的气流组织情况，并采用RTI和RCI等指标对气流组织评价，提出针对性优化建议。
关键词：气流组织评价、RCI、RCI、冷通道隔离
        0引言
        随着云计算和大数据技术的蓬勃发展，数据中心规模越来越大，功耗也越来越多。研究表明，数据中心的能耗已经占到了全国耗电量的2％左右，而且呈不断上升的趋势。另外，研究还表明，数据中心的能耗中，除IT设备之外，空调系统的能耗占到了约70％，而空调风机又占到空调系统总能耗的50％左右，降低数据中心空调系统风机的能耗的需求非常迫切。
        对于数据中心空调系统的节能，其最基本的前提是保证机房内良好的气流组织。实现了良好的气流组织管理，可以带来一系列正面的影响：
        1、减少了冷量的浪费。
        2、减少了循环风量，降低风机能耗。
        3、提高了回风温度，提升了空调系统的效率。
       1 RCI、RTI指标简介
        目前针对数据中心的气流组织，有一套评价的指标体系，即机柜冷却指标(RCI，Rack Cooling Index)和回风温度指标(RTI，Return Temperature Index )。
其中，机柜冷却指标包括RCLLO和RCLHI两种评价方式，当实测送风温度中有小于推荐送风温度下限的值时，采用RCLLO来评价进入机架的空气温度是否过冷；当实测送风温度中有大于推荐送风温度上限的值时，采用RCLHI用于评价进入机架的空气温度是否过热，计算公式如下：

对于机柜冷却指标RCI，评价认定标准如下表：

当这三个评价指标都是100%时，表明数据中心的机柜的进风口温度既不过热也没有过冷，同时也没有冷热空气的混合和冷空气的浪费。

        2案例概况
        本次研究案例是位于北京的某数据中心，数据中心共有3000个机架，单机架功率约4Kw，机房空调采用冷冻水系统，末端为冷冻水型精密空调，送风方式为地板下送风，侧面回风；IT机房内冷热通道隔离，且冷通道为封闭状态。
       3评价指标测试
       3.1现场检测方法
        对数据中心内正在使用的2个模块机房共8列机柜、及各个模块间内冷通道进行实验测试，测试内容包括：
        机柜进风口温度、出风口温度、地板送风口温度、精密空调送风口温度、精密空调回口处温度。
       3.2检测仪器
       检测仪器为：温湿度计FLUKE971/精度：温度0.1度；湿度0.1%。
       4实验结果
        由于测试过程中存在系统误差和随机误差，所以在对原始测试数据进行整理分析后，剔除样本中部分异常数据，得到一组新的实验数据。
        根据预处理过后的数据可以计算出各个指标结果，详细结果如下：

        由于在实测所有的机架送风口温度值都在推荐送风温度下限和推荐送风温度上限之间，所有机房内不存在送风过热和送风过冷的问题，所以RCIHI 和RCILO两个值均为100%，说明机房目前的送风温度处在一个理想的范围内。但回风温度指标RTI值存在过高或高低的现象，即表示机房内气流组织存在热回流（环流），以及冷回流现象。
        机房冷回流的原因是多方面的，主要是机房内部存在大量的冷热风混合，浪费大量冷量，部分机柜内部存在的空余U位并且未正确设置盲板导致冷量的浪费。机房热回流的原因主要是机柜的排风气流强度较低，气流衰减较为严重，排风气流没能进入回风系统而是回流到了冷通道中，使得冷通道内送风温度升高。
        5优化建议
        （1）对机房内没有进行冷热通道封闭的机柜或者封闭不完全的机柜，进行冷通道封闭。冷通道封闭可以使得机柜的进风口处的空气温度不超过设置的温度范围的上限、不低于设置的温度范围的下限、减少冷热空气掺混。
        （2）封闭机房内尚未安装机柜区域附近的地板送风口，若送风口处在开启状态，这样不但会照成冷量的浪费，还会影响整个机房的气流组织，使得冷风直接进入空调间回风口，形成送风短路。
        （3）为机柜添加盲板，盲板会使得机柜内部形成更好的冷却的通道，对于安装IT设备功率比较大的机柜，盲板可以将使得机柜内部形成一个由下而上的封闭冷通道，给设备更有效的制冷。
5参考文献
[1] 连雄伟. 数据中心基础设施能效管理系统关键模块设计与实现[D]. 中国科学院大学，2014
[2] NEA. Data Centre Energy Efficiency Benchmarking. National Environment Agency (NEA), 200