某城轨云数据中心机房优化方案及封闭冷通道应用分析
摘要：本文以山东某城轨云数据中心为对象，对其机房结构布局进行了优化，增加了机柜数量，提高了制冷效果，降低了送回风难度，并且增加了运维和货运的便捷性。本方案相较原始设计方案的传统机柜增加了封闭冷通道，并对封闭冷通道的作用及经济效益进行了分析，结果表明，采用封闭冷通道能改善空气气流组织，并且在以十年计的运营期内总成本低于传统机柜方案。
引言
随着我国各城市轨道交通事业的发展，“互联网+城市轨道交通”成为目前我国强力推行的交通战略之一，云计算、大数据等新一代信息技术需要迫切地在城市轨道交通行业得到应用。城轨云平台是利用新一代信息技术，根据城市轨道交通业务管理模式，搭建的能集生产、管理、服务业务网域基础架构云资源于一体并统一纳管的平台[1]。
本文以山东某市在建的城轨云数据中心机房为研究对象，分析其原机房建筑结构存在的不足，并加以优化调整并提出改造方案。本文将综合分析该城轨云数据中心机房运用封闭冷通道得到的能耗优势及经济效益，综合全国各地调研给出城轨云数据中心机房建设建议。
1 机房布局优化方案
本文研究对象为既有建成改造项目。本机房总面积约880㎡，建筑平面图如图1所示。原建筑结构为四间机房，每两个机房共用一个空调间。机房区域用于布置机柜组，空调间用于布置精密空调。
图1. 数据中心机房原方案平面图
精密空调采用水冷方式制冷，每个机房采用2个精密空调（满足“N+1”标准）进行制冷。机房采用地板下风管送风至每个机柜之间的冷通道，设备机架正面进风背面出风，热空气自由回流到空调间。空调间的墙壁上设有四个回风百叶。
机柜布置遵循《数据中心设计规范GB50174-2017》[2]规定：“用于搬运设备的通道净宽不小于1.5m”。每个机房内含两组机柜，每组机柜各15排，每排2个机柜。每列机柜与机柜之间有封闭冷通道，冷通道两端设有端门。每个机房含机柜60个，其中（每组机柜去除两个强电列头柜）有效柜位为56个。
原方案存在以下待改进的地方：
模块化机房解决方案∙
原空调间设计空间局促。四个空调需贴墙放置才能预留1.4m宽度的对开门距离，运维和施工操作难度大。
∙
远端送风距离过长。自空调间至最远端机柜送风距离大于15m，远端送风压力衰减大。
∙
回风效果差。最远端回风距离超过15m，热空气回流距离大。且热空气只能通过墙壁上的回
风百叶进入空调间，流速有限。
综合考虑以上不足之处，本研究提出如图2所示的优化方案，将原四个机房两两合并成为两个大机房。每个大机房的南北端对称放置两个精密空调用于制冷。
图2. 数据中心机房优化方案平面图
优化后每个机房现可放置6组机柜，机柜数达到140个，有效机柜数达到128个。优化前后方案的机柜总数及机房利用率对比如表1所示。优化后增加了16.7%的机柜数量，机房利用率提高了14.3%。
表1. 优化前后机柜数及机房利用率对比
优化前方案
优化后方案
差异
机柜数（按所有机房计）
240
280
+16.7%
有效机柜数
224
256
+14.3%
机柜总面积（㎡）
880
880
/
机房利用率
（=有效机柜数/机房面积）
25.5%
29.1%
+14.3%
除此以外，本优化方案还在以下方面达到改善效果：
∙
本方案给精密空调留出大于1.5m的柜门开启距离，解决了运维空间局促的问题。
∙
由于本方案精密空调呈南北向对称放置，因此送风距离相比原方案减半。送风压力减小，采用地板下静压箱对吹即可，不必采用风管，因此地板高度也可以得到压缩，给机房净高留出更多空间。回风距离同样减半，同时采用开放空间给精密空调回风。
∙
本方案机柜布局美观对称，排列整齐，每个机房预留横纵向共计5条净宽1.5m的通道，方便运维人员和设备运输。同时，由于机房合并后数量减少，增加了运维人员管理机房的便利性。
2 封闭冷通道的应用分析
本城轨云数据中心机房的机柜组采用封闭冷通道和传统机柜结合的模块化机房方案进行设计。模块化机房主要是在两列传统机柜之间将冷通道封闭，两端设端门，通道顶端设玻璃盖板及天窗，以及集成机柜动环监测系统的机柜组单元。传统机柜冷空气会逸散至机柜上空，制冷效率低。封闭冷通道将送风路径和回风路径完全隔离，如图3所示，保证气流得到合理分配，制冷效果高。封闭冷通道后，室内风机送风量可减少30%，室内风机可省电约2/3，可直接带来4%的节能效果[1]。