關(guān)于大型機(jī)場ITC機(jī)房用能特性的研究
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作者：鄭曉敏
近些年來，數(shù)據(jù)通訊機(jī)房的電源和制冷的成本在IT業(yè)投資中所占比例越來越高，甚至占到了1/3 。機(jī)房空調(diào)的能耗收到社會極大關(guān)注，以技能、低耗為目標(biāo)的綠色數(shù)據(jù)中心成為反戰(zhàn)趨勢。如何解決好數(shù)據(jù)通訊機(jī)房的安全運行以及節(jié)能減排問題，已成為數(shù)據(jù)通訊建設(shè)和使用過程中必須解答的問題。
為了研究通訊機(jī)房負(fù)荷特性，本研究對首都機(jī)場ITC機(jī)房服務(wù)器及空調(diào)電量、室內(nèi)外溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，分析了TC機(jī)房服務(wù)器及空調(diào)電量變化特性，包括室外氣象條件、旅客進(jìn)出港情況、機(jī)房環(huán)境溫度等因素對ITC機(jī)房用能特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果機(jī)場數(shù)據(jù)通訊機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計提供重要參考。
1 實測方法
1.1機(jī)房概況
首都機(jī)場ITC機(jī)房位于該建筑三層，其平面圖如圖1所示。該機(jī)房面積約5 50H12，機(jī)柜散熱面共100面，UPS電源（線控250kVA）3臺，專用空調(diào)機(jī)（海洛斯AU19）7臺，6臺是正在使用中。機(jī)房空調(diào)溫度21℃，空調(diào)送風(fēng)方式為下送風(fēng)上回風(fēng)，全年連續(xù)供冷運行。ITC三層主機(jī)房屬于A級電子信息機(jī)房，主機(jī)房內(nèi)有17個服務(wù)器機(jī)柜，各機(jī)柜中都裝有不同功能的服務(wù)器。機(jī)柜中共有375臺服務(wù)器，其總功率約為155kW。
1.2監(jiān)測儀器方法
市電進(jìn)入該機(jī)房大樓，電量分別流入安防監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)和UPS前端。UPS服務(wù)器有一個自帶電源也可以給其供電。然后電流通過ups進(jìn)入不同的系統(tǒng)，分別是區(qū)域配電柜柜、由UPS供電的智能樓宇系統(tǒng)和由UPS供電的消防及其他系統(tǒng)。最后由區(qū)域配電柜流入終端柜、IT設(shè)備和其散熱的風(fēng)扇。
在機(jī)房的東面是服務(wù)器電表，東南角為精密空調(diào)電表，分布如圖2，圓圈位置為10塊服務(wù)器的電表，分別記錄了不同機(jī)柜區(qū)域的電量。室內(nèi)溫濕度由空調(diào)室內(nèi)面板讀取�？照{(diào)室外機(jī)也分別配有電表，監(jiān)測其電量變化。監(jiān)測期間，每天早晚分別對電量進(jìn)行2-3次數(shù)據(jù)采集。
2 實測結(jié)果
2.1室內(nèi)溫濕度控制
圖3為監(jiān)測期間室內(nèi)溫濕度的變化情況。從圖中可以看出室內(nèi)溫度主要在20-22℃之間波動。相對濕度波動較大，但基本在35%以下。《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》對于A級機(jī)房溫度為23土1℃，相對濕度控制范圍在40%-55%。且空調(diào)控制較為精確，但是溫度與相對濕度略低于標(biāo)準(zhǔn)值，這樣會增加空調(diào)能耗。
目前，很多服務(wù)器的工作范圍較寬。例如，ThinkServer RD650服務(wù)器的工作范圍在10-45℃，最高溫度遠(yuǎn)高于室內(nèi)設(shè)定的21℃。根據(jù)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)，對于1級機(jī)房溫度允許范圍在15-32℃，推薦溫度為20-25 ℃。因此，可以通過適當(dāng)提高室內(nèi)溫度的方式來降低空調(diào)能耗。相關(guān)研究顯示，機(jī)房溫度每升高1℃，空調(diào)負(fù)荷降低約3%。根據(jù)該計算方法，將室內(nèi)溫度由21℃提高到25℃，可降低約12%的空調(diào)負(fù)荷。
2.2機(jī)房IT設(shè)備的電量變化
2.2.1 周變化
空調(diào)冷負(fù)荷主要包括機(jī)房內(nèi)設(shè)備的散熱、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱，通過外窗進(jìn)入的太陽輻射得熱，人體散熱，照明裝置散熱，新風(fēng)負(fù)荷的影響。其中，服務(wù)器的運行功率影響著機(jī)房設(shè)備的散熱，室外氣象參數(shù)的變化影響著圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱。圖4為實測期間服務(wù)器電量周變化特性。從中可以看出，服務(wù)器電量周變化波動不大，每天用電量維持2400kw'h左右�？紤]到該機(jī)房面積約為550m2，其實際用服務(wù)器電功率為170w／m2。根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》，電子設(shè)備約有97%左右轉(zhuǎn)化成熱量�？梢娫摍C(jī)房服務(wù)器產(chǎn)生的冷負(fù)荷約為165 W/m2，考慮到圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷，機(jī)房每平米的空調(diào)負(fù)荷將會更高。根據(jù)《實用供熱空調(diào)手冊》辦公樓類建筑冷熱負(fù)指標(biāo)為80_ll0w/m2，該值遠(yuǎn)小于電子機(jī)房的服務(wù)器用電。因此，降低機(jī)房空調(diào)具有較大的節(jié)能潛力�？照{(diào)總電量周變化波動不大，每天用電量在75°左右�？梢�，空調(diào)負(fù)荷每天變化不大。
2.2.2 日變化
服務(wù)器的用電量日變化特性往往與其CPU使用率變化的影響。一般，服務(wù)器CPU使用率越高，其耗能越大。圖5為實測期間服務(wù)器小時用電量。從中可以看出，統(tǒng)計期間每天服務(wù)器用電量7:00和19:00會分別出現(xiàn)用電量的峰值，其值分別為145kw．h和120kw'h。而其它時刻電量都在l00kw．h左右，均小于峰值時段。服務(wù)器用電出現(xiàn)波峰的現(xiàn)象可能與機(jī)場的旅客進(jìn)出港情況有關(guān)。受機(jī)場職能特性影響，機(jī)房服務(wù)器CPU使用率受登機(jī)及旅客托運等影響。在正常運行情況下，機(jī)場早晚會出現(xiàn)人流及安檢的高峰。此時，機(jī)場的安檢及客橋服務(wù)器使用率及用電量會明顯高于其它時刻。
圖6結(jié)果顯示，空調(diào)小時用電量在7點也會出現(xiàn)峰值，為6kw．h;夜晚雖然空調(diào)用電量也有波動，但變化不明顯。從小時用電量來看，空調(diào)每小時平均用電量約3kw．h。
2.3空調(diào)耗電量及服務(wù)器電量與室外溫度的關(guān)系
室外氣象參數(shù)的變化主要影響建筑結(jié)構(gòu)圍護(hù)負(fù)荷，溫度越低圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷就越低，空調(diào)負(fù)荷就越低。為了定量研究研究室外溫度對空調(diào)能耗的影響，將不同室外溫度下空調(diào)及服務(wù)器用電進(jìn)行統(tǒng)計，如圖7所示。服務(wù)器用電量與室外空氣溫度變化無明顯關(guān)系，服務(wù)器用電量主要受其處理數(shù)據(jù)流量的影響。由圖7還可以看出，空調(diào)電量與室外溫度呈負(fù)相關(guān)。隨著室外溫度的升高，空調(diào)電量也逐漸升高，當(dāng)室外溫度為22℃時，空調(diào)電量達(dá)到Skw．h，而此時服務(wù)器電量并沒有明顯變化，說明空調(diào)機(jī)組在室外溫度高的情況下承擔(dān)了部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷。
2.4機(jī)房空氣溫度對其空調(diào)負(fù)荷的影響
圖8為利用建筑能耗模擬軟件Dest計算得到不同室內(nèi)空氣溫度（21℃和25℃）條件下空調(diào)供冷負(fù)荷。由圖可見，夏季7-8月空調(diào)負(fù)荷最高、約為120kw，1-2月空調(diào)負(fù)荷最低、約為60kw；室內(nèi)溫度設(shè)定為21℃時，全年冷負(fù)荷為7.8x105kw．h，而當(dāng)室內(nèi)溫度設(shè)定為25℃時，全年冷負(fù)荷可降低降低9%、約為7.lx105kw．h，適當(dāng)提高室內(nèi)溫度能顯著降低空調(diào)能耗。
3結(jié)論
本文主要針對首都機(jī)場ITC機(jī)房服務(wù)器及空調(diào)電量進(jìn)行了檢測和分析，研究結(jié)果表明如下兩點。
(1)機(jī)場ITC機(jī)房服務(wù)器受機(jī)場客流量影響，每天服務(wù)器用電量7:00和19:00分別出現(xiàn)用電高峰期，其值分別為145 kw-h和120 kw.h其它時間段的用電量則相對比較穩(wěn)定，約為lOOkw．h左右；服務(wù)器周累計用電量比較穩(wěn)。同樣，空調(diào)負(fù)荷也有早晚峰值的變化。
(2)建筑能耗模擬軟件Dest計算結(jié)果表明，將機(jī)房內(nèi)空氣設(shè)定溫度從21℃提高到25℃，全年空調(diào)冷負(fù)荷可降低9%。
4【摘要】
大型機(jī)場數(shù)據(jù)通訊機(jī)房(ITC) IT設(shè)備與空調(diào)制冷設(shè)備的單位面積能耗遠(yuǎn)高于候機(jī)大廳的能耗水平。認(rèn)識并把握好大型機(jī)場數(shù)據(jù)通訊機(jī)房IT設(shè)備與空調(diào)制冷設(shè)備的運營特點及其用能特性，對機(jī)場數(shù)據(jù)通訊機(jī)房安全運行與節(jié)能減排具有很重要的意義。本研究以首都機(jī)場ITC機(jī)房為研究對象，對ITC機(jī)房設(shè)備用能特性進(jìn)行了為期一年的現(xiàn)場跟蹤，初步把握了服務(wù)器、空調(diào)制冷設(shè)備用電特性，包括室外氣象條件、旅客進(jìn)出港情況、機(jī)房環(huán)境溫度等因素對ITC機(jī)房用能特性的影響規(guī)律，研究結(jié)果可為機(jī)場數(shù)據(jù)通訊機(jī)房安全運行與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排提供重要參考。
