文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123409
服务器功率温升矩阵分配法
何仲阳,钱晓栋,李震,张兴
(清华大学航天航空学院,北京 100084)
(Tel: 010-62781610, Email: ******@tsinghua.)
摘要: 降低数据中心能耗的一个关键问题是降低空调系统的能耗。通过分析流场以及各个机柜负载对温度场的影响,阐明了各机柜负载对全场温升的影响。提出了温升影响矩阵的概念,并以此概念为基础,建立了负载分配优化算法。通过此算法优化分配负载后,全场最高温度能够尽可能降低。经过算例的计算与比较,验证了算法的可行性。基金项目:国家863项目(2007AA05Z426)、国家国际科技合作专项项目(2011DFG13020)、自然基金重点项目(51138005)
关键词: 数据中心;温升矩阵;功率分配;
前言
数据中心随着社会以及信息技术的发展得到了广泛的建设。而数据中心的能耗问题也很早就引起了学者的关注。数据中心内的能源消耗主要由三部分组成,包括:信息设备、空调系统、及其他辅助设备如电源,照明等。典型的数据中心机房中,信息设备的能耗占据了将近40-50%的比例,空调系统占据30-40%的比例,其他辅助设备占据剩余部分。其中空调系统占据了数据中心能耗的较大比例。如何降低空调系统能耗,是研究的一个重点[1]。
数据中心由于内部功率较为恒定,发热量大,需要常年制冷,通常采用精密空调对内部设备进行制冷,其具有风量大,制冷显热比例大等特点。根据国家标准,数据中心内部需要保持恒定的温度、湿度,以保证信息设备的正常运行。冷风由空调送出后,常采用地板下送风或顶部送风的方式,到达机柜附近,由机柜本身自带风扇或设备自带风扇吸入设备内部对设备进行冷却。气流吸热后由设备排出,经过机房内部或独立的回风通道回到空调进行冷却,携带的热量经空调的冷却盘管由冷却剂带到室外散发到环境中。机柜的布置常采用相对布置,进口对进口,出口对出口,以形成气流的冷/热通道,有利于冷/热气流的分离,提升冷气流利用率。在实际的数据中心中,往往由于送风口设置不合理,送风量不匹配等原因,造成冷气流短路,热排风回流等现象,降低整体的制冷效率,形成局部热点,迫使空调或降低送风温度,或增加送风量,造成能源浪费。
为提高制冷效率,降低空调系统能耗,学者们从多个方面提出了建议。在数据中心整体运行效率上,有学者提出在标准范围内,提高送风温度,增加空调系统COP,以降低空调系统总能耗
[2]。更多的学者利用CFD手段,研究了机房内气流组织对于机柜温度的影响,分析了不同组织形式的优缺点,以及相应的改进措施,如在气流掺混较严重的区域进行封闭处理[3],在地板下添加特殊结构使得各处出风更均匀[4],或采用可控流量的地板砖,实时根据机房内的负荷调节各处的气流分布[5]。亦有学者研究了在不同服务器间分配不同负载的可行性,通过分析各处机柜的冷却状况,将负载不均匀的分配到各个机柜间,从而总体的冷却效果达到最优。如,Shah讨论了根据不同地区数据中心功耗特性[6],在各地数据中心分配负载的节能效果,为分配功率提供了新的思路,但其研究不涉及数据中心内部的细节;Sharma在均匀分配功率情况下,提出以各个机柜出风温度与送风温度之差为基准,取其倒数值作为重新分配功率的基准[7]。这是一个简单易