某数据中心机房环境测试分析

万鑫 周朝瑜

无锡城市职业技术学院建筑与环境工程学院无锡轻大建筑设计研究院有限公司

0 引言

随着5G、云计算等新兴技术的大规模推广应用，我国数据中心的数量随之急速攀升，相应的用电量也在急剧增加，对电力供应提出新的挑战。2018 年，我国在用数据中心的机架总规模为166 万个，同比增长33.4%[1]。据统计数据，我国数据中心的年耗电量增速始终维持在12%以上，最高达16.8%，数据中心的高能耗不仅给机构和企业带来了沉重负担，也造成了全社会能源的巨大浪费[2]。

数据中心既包括服务器等核心设备，即能源消耗的主体，也有不间断电源、照明、冷却等辅助设备。数据中心对环境要求极高，往往依赖空调、冷水机等设备来降温，冷却部分的用能占到辅助设施用能的60%以上。机房环境不仅直接影响数据中心的安全运行，且其环境设置与空调系统运行能耗紧密相连，因此数据中心运营时机房环境测试较为重要。

1 项目概况

无锡创新园内某园区西区主要为数据机房区，包括A 栋柴油发电机楼，C、D 栋机房楼，E 栋控制中心。空调暖通系统总制冷量约53 兆瓦，空调暖通系统包括制冷系统，制热系统，加湿系统及新风系统。设备主要包括冷热源设备，末端设备及管网设备等，采用风冷冷水机组作为核心冷源，系统主要设施包括一次泵、二次泵、蓄冷罐、供水环网、回水环网、下送风风道、精密空调、列间空调、新风机组、VRF、加湿器等。

被测机房为西区数据机房，该机房总面积为356 m2，机房内共摆放机柜166 个，总功率为83.4 kW。数据机房内设计温度为23±3 ℃，相对湿度为50 ±5%。采用分散式空调系统，共设有4 台同型号风冷型机房专用列间空调，单台额定制冷量为20 kW，风量为5100 m3/h。室内空调末端摆放位置与机柜平行，空调气流组织形式为静压地板下送上回式，送入机柜服务器内的风量通过不同开孔率的地板进行调节。架空地板高250 mm，地板下平均风速为2.5 m/s，总风量为24000 m3/h。

2 机房温湿度、洁净度测试

2.1 测试目的、工具和测试条件

通过对数据机房空调环境进行测试，验证机房空调系统是否达到设计标准，发现问题，为后期可靠运行及高效运行提供依据，其测试工具等如下表1 所示。

表1 机房测试目的、工具和测试条件汇总表

2.2 测试方法及相关要求

1）机房温湿度测试方法

测试方法：（1）开机时的检测应在设备正常运行1 h 以后进行，停机时的检测应在设备停止运行4 h 以后进行。（2）测试点传感器应按要求摆放距离地面0.8-1.8 m，距设备表面大于0.5 m 以外处，并避开出、回风口。（3）机房大于50 m2时，测试点按公式为N（L测试点）=A0.（5面积）计算四舍五入取整数。（4）对于采用冷热通道的机房：①测试点选择在两排机柜之间的中心，距离地面0.8 m；每4 个机架位置至少设一个测试点，如图1 所示；②以冷通道的测量数据为判定依据，热通道的测量数据记录备案仅作为参考[3]。

图1 机房测试点位图

2）机房洁净度测试方法

测试时方法及注意事项如下：（1）所使用的尘埃粒子计数器，分辨率应为1 粒。（2）采用光散射粒子计数法，对粒径大于或等于0.5 μm 的尘埃粒子计数。（3）应对测试房间和空调系统进行清扫，并应在空调运行2 h 后进行测试。（4）采样时采样管必须干净，连接处严禁渗漏。（5）计数器采样管口的朝向应正对气流方向，对于非单向流的机房，采样管口宜向上。（6）测试时，室内人员应尽量减少，且测试人员应在采样口的下风侧。（7）测试点应平均分布在机房各个区域，每点测试时不少于1 分钟。（8）每个测试点至少连续测量3 次，取其平均值的最大值作为最终测试数据。

3）相关参数要求：（1）冷通道或机柜进风区域的温度为18～27 ℃。（2）冷通道或机柜进风区域的露点温度为5.5～15 ℃，同时相对湿度不大于60%。（3）主机房环境温度和相对湿度(停机时)为5～45 ℃和8%～80%，同时露点温度不大于27 ℃[4]。（4）主机房的空气含尘浓度，在静态或动态条件下测试，每立方米空气中粒径大于或等于0.5 μm 的悬浮粒子数应少于17,600,000 粒。

3 数据中心测试结果和分析

机房温湿度及洁净度测试结果如下表1、表2 所示。由测试结果可进行如下分析：

表2 机房温湿度测试结果汇总表

表3 机房洁净度测试结果汇总表

1）数据机房的环境温度在23～25 ℃区间内，与设计标准要求的环境温度23±1 ℃对比，基本符合略有偏差。需要指出的是，本文所指机房环境温度为冷通道内的温度，热通道的测量数据仅作为参考。此外，笔者认为，如今服务器所能承受的环境温度已经有了较大的余地，有些设备甚至可以在无空调系统环境下正常运行。因此达到设计标准的环境温度23±1 ℃往往并不节能，增大空调系统能耗，使得后期空调系统运营成本过高。根据另一规范[3]，机房的温度范围可适当放宽至18～27 ℃。据此判断测点温度数据对应的空调系统工况合理。

如果测试过程中发现局部的热点，不应盲目增大空调设备制冷量来降低整个机房空间温度，而应根据实际服务器的功率进行气流组织模拟，然后通过调整服务器的摆放位置或在局部设置一些隔热卷帘等方法来优化机房内的气流组织。实践证明这些措施均能有效的解决局部热点问题。

2）机房空气相对湿度范围为31%～35%。而制冷与空调工程协会的“数据处理环境热准则”建议湿度范围为40%～55%，与此标准存在一定偏差。根据规定，开机时机房内的环境环境湿度标准为：A 级45%～65%，B 级40%～70%，C 级30%～80%；一般通信机房的标准均应达到A 级标准[5]。由此可见机房内的相对湿度测试结果与A 级标准相比偏低。

湿度对计算机设备的影响非常明显。当相对湿度较高时，水蒸汽在电子元器件或电介质材料表面形成水膜，容易引起电子元器件之间出现形成通路。当相对湿度过低时，容易产生较高的静电电压。因此，对于机房相对湿度较低的情况应开启专用空调加湿器保证机房相对湿度满足A 级标准要求[6]。

3）机房空气含尘浓度基本在3000～4000 粒/L 之间，个别测试点超过了4000 粒/L。根据要求，A 级和B 级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5 μm 的尘粒数应少于18000 粒[7]。由此判断测试数据满足洁净度要求。如果遇到沙尘天气，服务器和网络设备可能存在积灰现象，不利于散热，设备工作不稳定。为了避免上述不良情况，应重视机房防尘工作，具体措施为：对送入机房的新风进行过滤。开向室外的门窗宜设置纱门、纱窗，外窗应具有较好的防尘功能。定期打扫机房，清洗防尘网。工作人员进入机房前应戴鞋套、穿防静电工作服。

4 结论

数据中心建成正式运行前，空调系统机房环境测试是非常重要的一个环节。对空调系统相关测试数据的分析可以提前发现数据机房存在的隐患。运行维护人员可以通过针对性的措施来排除数据机房在运行时空调系统所造成的系统性风险，同时可以帮助运维人员熟悉空调系统操作流程和运营规范，确保数据中心的安全运行。本项目空调系统机房环境测试为类似项目建设、运营提供了参考。