利用仿真技术实现数据中心节能的实践

作者：黑龙江移动哈尔滨数据中心 陈朔，杨永志，夏娇娇

 黑龙江移动哈尔滨数据中心 于2016年初开通，它是中国移动通信集团投资建设的超大型绿色数据中心，位于哈尔滨经济技术开发区哈南工业新城，总面积1294亩。规划建设18栋机房楼、18栋制冷站、11栋管理用房、4栋变电站。一期工程包括3栋机房及其配套制冷站，总建筑面积72615.45㎡，已经于2015年12月完成建设，投产运行。

哈尔滨数据中心规划图

哈尔滨数据中心地处北纬45°，具有节能环保优势；同时通过选用非晶合金节能型变压器、高频开关整流器；采用大容量高频机、3N双总线UPS供电系统、空调新型末端等多种设备及手段来保证数据中心绿色节能。

哈尔滨数据中心虽然设计阶段已经保证了绿色节能，但也希望在运营阶段能深挖节能潜力。2019年下半年，数据中心与华为共同开展了“CFD（计算机流体动力学） 仿真技术指导升温节能”的创新研究。

利用华为提供的CFD仿真技术， 将机房从物理世界映射到数字世界 ，对机房内现有气流组织形式进行可视化展示，可以直观地评估运行机房的气流情况；并可以尽早发现局部热点，从而有针对性地合理改造，让冷空气完全进入服务器内部进行热交换，避免不必要的冷损失。

数据中心冷通道CFD仿真动态视图

创新研究表明，CFD仿真用于升温节能，可以在虚拟的数字世界，针对不同整改方案开展升温模拟测试，对生产环境无影响，能测算出末端空调控制温度上限，整个过程安全、严谨。

仿真工具识别出的热风回流问题 

仿真工具IT负载温度分布图

创新项目选取数据中心安装三种不同空调类型（行间空调、前门水冷、热管背板）的机房开展试点验证，根据每个机房的实际上架负载、仿真识别的气流组织问题，制定出不同的整改方案，针对每个方案分别测算出最大进风温度上限，绘制出不同高度的温度场。在满足冷通道或机柜进风温度的国标（18-27摄氏度）范围内，确定可最高升温空间。

        整改后的服务器进风温度          整改后的距地面1m截面温度分布

在三个机房的实际测试验证中，根据CFD分析结果对气流组织初步整改优化后，开展了升温测试。测试结果表明，升温2℃，空调末端能耗下降8-9%。结合仿真工具测算，在空调末端升温同时，冷机冷冻水出水温度同步升温，可以带来每提高1℃，冷机效率提升并贡献2.5-3.4%的节能效果，同时冷机停机时长可以延长26-56天。在全方位气流组织优化的条件下，可实现数据中心总能耗3%的节能效果。

在与华为的联合创新过程中，通过CFD仿真指导优化机房气流组织，在确保运行安全的前提下提升机房温度，可以有效地达到节能效果，降低机房制冷能耗。此方案不需要对机房结构、设备进行改造，而是利用仿真工具提升精细化运维能力，不断挖掘机房的节能潜力。因此通过优化气流组织实现节能，不仅可行性高，而且符合经济性要求。

哈尔滨数据中心通过与华为联合创新，不但发掘了一种简单可行的节能方案，而且希望华为能进一步将CFD仿真与其他系统相结合，应用到数据中心日常运维中，实现“自动驾驶”的数据中心。

华为NAIE数据中心CFD仿真技术，通过仿真能力实现数据中心的规、建、维、优能力。

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