采用数字孪生的数据中心局部热点问题研究
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根据GB50174-2017《数据中心设计规范》，机柜的进口温度应保持在18℃至27℃之间。然而，在一些传统数据中心的建设初期，由于缺乏整体设计经验，存在空调气流组织不佳、制冷能力不足以及设备摆放不当等问题，导致部分机柜区域出现过热情况，形成局部热点现象。局部热点的出现可能导致设备运行速度减慢、甚至宕机，严重时可能造成业务中断和数据丢失的风险。采用数据中心数字孪生技术能够帮助机房发现局部热点问题，并通过对仿真结果的分析，提出针对问题的优化方案，以解决局部热点问题。
一
数据机房产生局部热点的原因
1. 冷/热通道未封闭：机柜面对面、背对背的摆放方式，但没有采用冷/热通道封闭，造成大量冷风在没有进入机柜内部的情况下，直接与数据中心热空气掺混，造成冷量流失。
2. 架高地板空间不足：架高地板下布置有桥架、强弱电管路、消防管路等，阻碍冷风的送风，架高地板下空间不足时，导致冷风不能较好送达机柜区域，容易产生局部热点。
3. 机房密度不均匀：机房内设备种类繁多，包括服务器、网络设备和存储设备等，不同机柜的密度和功率各异。由于采用房间级制冷方式，当单个机柜功率密度较高时，通风地板的送风量可能无法满足机柜内设备的制冷需求，导致局部热点问题。
4. 地板出风量少：地板通风口的开孔率相同，距离空调出风口距离越近风速越大，会导致近端区域压力降低，近端风口的送风量会减小。进而导致空调送风近端区域机柜的制冷量不足，形成局部热点。
5. 未封闭盲板：部分机柜空槽位没有采用盲板进行封闭，机柜前方的冷空气可直接通过机柜空位进入热风区域，造成热冷掺混导致局部热点。
二
数字孪生CFD仿真帮助机房确定局部热点
数字孪生CFD仿真是一种利用计算流体力学（CFD）技术，通过仿真技术模拟数据中心内温度分布、速度分布、压力分布、气流组织等内容。进而可以帮助机房确定局部热点问题，并提供解决方案。
通过数字孪生CFD仿真，可以有效地识别数据中心内部的局部热点问题，找出导致热点问题的原因，例如空调配置不当、机柜布局不合理等。基于仿真结果，可以提出相应的优化方案，例如调整空调设置、重新规划机柜布局等，以解决局部热点问题，提高数据中心的运行效率和稳定性。
图1数据中心数字孪生模型
三
数据机房局部热点问题的解决方法
1. 冷/热通道封闭：
通过对冷/热通道进行封闭处理，并且封堵相邻机柜间的空隙，可以有效隔离冷热空气流，避免冷热空气的混合，从而减少冷量的浪费。这种措施不仅提高了机柜内设备的制冷效率，还有助于维持整个数据中心的温度稳定性和能效性能。
2. 架高地板下安装导流板：
为了优化精密空调的送风效果，可以在精密空调底部设置导流板。这些导流板可以优化送风流向，减少送风阻力，提高送风距离，从而确保整个机房的制冷效果。
3. 安装可调节风量的通风地板：
为了优化数据中心的制冷效果，可以考虑安装可调节风量的通风地板。这种地板可以根据实际需求调整送风量，特别是在高功率设备周围或近端位置。通过灵活调整送风量，可以确保冷气充分覆盖设备区域，有效改善局部热点问题。
4. 均衡机房功率：
为了避免热点区域的出现，需要在机房内均衡安装大功率设备。通过将大功率设备均匀分布在机房内的不同位置，可以有效地减少热量的集中，降低局部热点的发生概率。
5. 高密机柜单独安装风扇：
对于高密度机柜，可以考虑单独安装风扇来增强内部气流流通，带走设备产生的热量。通过加速内部气流的流通，可以有效地改善局部热点问题，提高机柜内设备的制冷效率，保证数据中心的正常运行。
6. 安装机柜盲板：
在封闭冷/热通道后，可以安装机柜盲板来封堵空闲U位，确保冷气通过设备位置换热，有效减少冷热气流的掺混和冷量的损失。
解决机房局部热点具有重要意义，因为它直接影响设备稳定性和可靠性、能效节能、业务连续性和数据安全、设备布局与空间利用、管理效率和维护成本等等。通过了解和解决局部热点问题，可以提高设备运行效率，降低能源消耗，确保业务连续性与数据安全，优化设备布局，提升管理效率，从而有效保障数据中心的稳定运行与可持续发展。
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