机房节能减排技术探索(北京联通idc)
各位来宾上午好，首先感谢通信协会给我这个机会，让我来介绍北京联通近些年来在idc机房节能减排方面的研究工作，把一些研究心得跟大家分享。
这个题目叫北京联通idc机房节能减排技术探索，其中有很多技术是非idc领域，我们实验研究获得成功，推广到idc机房，有些技术是在idc机房获得成功的研究成果，也推广到普通的交换系统。
大家知道从北京电信时期开始，我们就已经开始了节能减排技术的研究工作。节能减排概念是在05年前后提出的，在十一五规划纲要上提出的，在这之前北京公司在节能减排方面做了一些工作，更多的是出于一些节约费用，降低维护工作量，从这个角度出发做的工作，它也带来了一些节能的效益。从节能减排的概念提出以后，北京公司开始系统化的在这方面做了很多技术研究。
环保制冷剂大概是2000年前中国政府提出了逐步淘汰消耗臭氧层物质的目标，当时北京公司叫北京电信，从01年开始安排了清华三号制冷剂。这种媒介从它的物理参数和22的比较上也能看出来，它的分子量比较小，领结压力比较大，决定了它有一定的节能空间。从01年10月份开始，北京公司在全网机房专用空调有四种机型，做了四次实验，历时两年，综合节能率为20%。研究初衷是为了减少对臭氧层的破坏，实验之后发现它有很好的节能效果，之后陆续的推广，对现网现存的空调随着工程和维修，我们就换上这种制冷剂，新换。机房一律使用这种这种制冷剂。
第二种技术叫做湿膜加湿机替代空调机加湿功能，从96年开始，我们之前是自觉性的工作，当时是为了降低维护工作量，减少耗材备件损耗，以及节省电费，从这个角度开始引进湿膜加湿机，我们选了两个地点，每天湿膜加湿机耗电不到十度，用空调加湿大概20到30度。维护周期做了一个简单的统计，不同居所空调机有几台做维护，湿膜加湿机一半一个机房配一两台就够，比空调少。过去冬季日常维护工作主要是清理加湿灌，换了湿膜加湿机工作想大大降低。之后我们陆续的招了数百台这样的设备，在降低维护工作量带来节能效果的同时，机房湿度显著提高。
前两个技术比较典型的是以前我们做的项目，从04年以后，开始我们有目的的做一些技术研究最早是新风换热系统，实验期间节能率达到了60%，效果很好，但北京地区冬季气候干燥，湿膜加湿机通过空气置换的方式把余热排出室外，不可避免把空气中水分带走，这样主要问题是机房内的冬季湿度指标很难保证，同时北京的早些年冬季空气质量非常差，二氧化硫指标比较高，长时间运行对机房的事故安全也是潜在的威胁。说一这种新风节能系统在北京公司没有大面积铺开。这个基础上我们进行了隔离性的热交换器的研究，这是新风节能有很多不足的基础上做的研究，它是在设备内有一个换热芯，热交换芯体，室内外风机把室外冷风跟室内热风器吸入到热交换器内进行热量交换，把己方内的余热排出室外，减少空调的使用，可以保证机房内的湿度和洁净度的要求。07年1月在选定的一个机所，我们进行了对比实验，北京平均气温是零下一度，机房内控制温度是23到24度。热交换器和空调各运行7天时间，能耗下降很多，这是一个很显著的效果。隔离*换器在随后几年北京公司也在大力推广，现在装了有两三百台。在这个基础上我们后来又研究过智能隔离一体机，就是热交换器和空调机合二为一，整个控制都是全自动完成的，室外气温低到足够低的时候切换到热交换机。白天或者夏天就开启空调。这样对面积比较小的机房还有一个好处，节省一些安装空间。还有一些大型的隔离型热交换系统准备继续使用，后面也会提到。
隔离*换器我们又叫柜式换热系统，特点就是对中小型机房比较合适，因为它这种中间换热的芯体大换热量的时候占用空间比较大，体积也很庞大，这样对一些大型的数据机房，比如idc机房，因为空滤密度比较高，设备安装密度比较紧凑，可利用空间比较小，利用普通设备实现的节能空间很小。这样我们就开始着手研究热管综合节能系统。热管的概念我们查了一些资料，热管综合节能系统换热量能做到350千瓦，比柜式换热器大很多。还有其他的优点，这里不细说。热管的概念是42年美国人提出的，64年美国的航天器受首次使用，这是简单的原理介绍，热端吸收热量之后媒介蒸发，气体往上走，到了冷区，和冷区进行热量交换，又流回热区，在热管内自动的往复工作，把热量快速带走。我们曾经做过一个实验，一跟大概20公分长，5毫米直径的热管，和同尺寸的铝棒，暖瓶里倒出热水，不到十分钟左右，铝棒的水还是烫的，但另外热管的那杯水已经不是很热了，这是很直观的热管传热能力。我也看到一些资料，说热管传热速度是普通金属的大概一千倍，它的特性决定了它是很好的热交换元件。
我们选的实验机房不到300平米，冬季需要开启两台空调，因为机房设备排列的问题，空调送风远端区域存在过热的现象，发热量大的设备离空调比较远大实验配置了热管系统，换热两50千瓦，冬季基本可以替代一台空调工作。同时配置了送风通道送到远端区域，整个系统耗电设备就两台风机，最大的满负荷运行的时候大概不到七千瓦。09年末到10年初进行了91天的实验，分两个阶段，第一阶段是室外的温度不是很低的时候，在10、11月份，我们是一台空调和热管系统同时运行，和两台空调完全运行做对比。第二阶段北京冬季气温很低的情况下，把两台空调关了开热管节能系统和两台空调运行进行对比。实验结果第一阶段节电率50以上，日均节电两是287度。第二阶段日均节能70%多，节能效果非常显著。但它对大型机房比较合适，模块性机房我们也做过热管的实验，效果也很好，只是这种技术的费用相对比较高。
idc机房空调系统优化配置方法，北京联通早期建设的idc机房存在很多问题，比如因为认识关系或者其他一些观念上的问题，我们早期建的机房绝大部分采用上送通风式，有些机房没有冷热分区等等。机房发现很多问题，设计阶段都认为没问题的问题实践中会出现。我们曾经调查过一些机房，比如这个机房每平米平均功耗1000瓦，我们制冷量1800瓦，换气量每小时102次，这样的空调系统感觉使用效果还是不理想。这样我们很困惑，不知道什么原因，早期做项目之前对整个空调系统包括气流组织的认识不是很够。这样我们进行了项目研究。研究内容包括机房现状调查、现场环境参数实测、主流服务器相关参数调研、对相关国际标准的定义含义进行准确描述、对idc机房环境进行了csd模拟计算，比较了国际先进运营商的经验，最后给出了这样的方法和建议。
这里把一些简单的结论性的东西跟大家分享。第一是要求机架布置最好是冷热分区，我不多解释了。送风方式研究结论是地板下送风方式更适合数据机房，尤其是功率密度比较高的机房。上送风这种方式对于功率密度适中的机房也可以使用，风道的出风口一定要尽可能下移，到设备的冷区，我们早期建的风道口比较高，这里介绍一下实例，08年初07年夏季我们有一个机房，我们认为建的比较好的，是冷热分区的方式，但07年夏季，随着客户服务器数量装的比较满，不断的投诉说机房过热，空调配的不足。08年初维护单位提出立项的请求，希望增加空调，我们到现场，这是项目完成之后，根据他的建议到现场看了情况，给出了不光空调对风口进行下移改造，并且在机架内有一些服务器空间加挡板的方式。改造之后情况变得非常好，没有再投诉。两台空调的建设大概要五、六十万投资，我们改造不到十万块钱。不光投资节省，能耗也自然的减少。
还有其他的一些结论和建议，通过cfd模拟结膜表明，热区宽度越大越利于散热。idc机架冷区宽度不小于1米，热区不小于80公分，我们现在没有搞明白为什么是这样的设置要求的，但我们模拟的结果看，热区宽度越大越利于散热。后面新建的机房里，有意布置了这两种方式，我们将看看哪个方式更好。在冷源上建立大中型数据机房水冷型空调更合适。因为早期邮电部时期，就有过相关的规定，水禁止进机房的，随后在项目的建议，我们根据了特殊情况，机房因为空调机数量比较大，冷凝器噪音对周边居民形成污染，为了彻底解决这个问题，我们公司领导拍板决定形成空调系统改造，改造成水冷空调。从我们后续测算看，水冷型空调和原来的空调相比有很大的节能效果，更适合大型数据系统使用，这是实验的结论和我们实践的证明，有这样的体会。机架形势采用开场式机架，现在idc机房选用的机架一般选用两种，一个是开场式机架，还有前后带门的封闭式机柜。结论是开场式机架更利于散热。
再有一个环境温度的定义，一般说idc机房是23、25度，以往概念上都是环境温度，跟客户也是多年打架，客户一说温度高，我们拿表一侧说环境温度达标，很多时候说服不了客户，我们自己心里也没有底，到底机房环境温度是什么。通过这个项目的研究，我们最后也是明白了，环境温度只的是服务器正面进风口的温度，一般服务器有12个温差，满负荷工作的时候，正面23度，背面25度，这是正常工作标准。随后我们也遇到了这样的情况，客户投诉说温度高，要求我们解决，到了机房我们一看，把表放到服务器后面，30度，前面23度，这样跟客户做了一些解释工作，避免了解纷。
空调机冷凝器自动雾化节能技术，这个技术在上海电信实际使用研究的基础上引进的，上海地区水质比较好，喷雾装上就可以用，北京地区我们在前期也担心水质的问题，因为以前的经验，就是夏季空调冷凝器会造成很多水垢的问题。这种用法对水的要求、冷凝器的上海一直是我们比较担心的。这个实验我们是去年做的，对水质进行了必要的处理，节能效果肯定很明显，而且耗水量并不是很高，我们测算过，单机组每小时大概是20升，实际上如果我们的冷凝器运行环境很恶劣耗水量更大，这种技术也有节水的空间。09年我们对147台空调进行空调机冷凝器自动雾化的实验，空调机制冷量不一样，大小空调都有空调机型也多样，平均节能率在10%到20%，这跟机房的负荷和空调机的配置有关，最高实验中发现达到了65%的节能效果。试验项目总的节能率达到18%，耗水90万公斤。这个系统在北京我们成功的实验，得益于水处理的环节，里面采取的四种手段，最后形成的结果是水正常情况下，我们以前做一些降温处理的时候发现时间长了之后冷凝器水垢是板结状的，清洁很难，这种系统做下来水垢没有完全去除掉，还是随着喷雾喷到冷凝器上，但水沟是松散装的，通过一些简单的方式很容易清理掉，这样的方式有利于我们使用这样的技术。
电池组性能分析与失效不多说，我们对新装的蓄电池从一开始就进行智能档案.
前面提到还有其他的节能技术成果，推广和改造工作我也提到了，成熟的技术我们将推广使用，也通过一些企业标准形式把相对成熟的技术规定下来，在新建项目里我们考虑到日后节能项目所需要的必备条件，我们在建的idc机房楼，我们做大型的换热系统需要在墙上开一些洞，建设楼的时候就预留好，为将来的节能技术推广奠定条件。谢谢大家！