光纖測溫技術(shù)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)探究論文
數(shù)據(jù)中心作為當(dāng)前大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)各類應(yīng)用的基石，近年來獲得了迅猛的發(fā)展。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模越來越大，消耗的電能、空調(diào)冷量也越來越多，如何提高機(jī)房內(nèi)環(huán)境的安全，并且達(dá)到節(jié)能減排的要求，已經(jīng)成為一個重要的課題。
一方面，數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境中的高溫、低溫或溫度快速波動都會影響IT 設(shè)備的電子和物理特性，造成運(yùn)行故障。在保障系統(tǒng)設(shè)備和客戶信息數(shù)據(jù)安全的前提下，如何提高IDC 機(jī)房的管理水平、實時監(jiān)測機(jī)房內(nèi)的環(huán)境溫度、反饋調(diào)節(jié)并消除機(jī)房局部溫度過高或過低等問題，是許多數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
另一方面，數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能減排的核心理念是能效消耗盡可能與需求相符，必須采用“測量- 診斷-管理- 優(yōu)化- 評估”的循環(huán)方法來達(dá)到理想的節(jié)能效果。機(jī)房實際運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集在節(jié)能優(yōu)化循環(huán)中既是起點“測量”，也是終點“評估”。因此，搭建能夠?qū)崟r、動態(tài)、精確、全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)對于IDC 的節(jié)能減排來說具有重要意義。
1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心溫度監(jiān)控方案與缺陷
現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)溫度采集普遍采用電信號傳感器，包括傳統(tǒng)的熱電阻傳感器、熱電偶傳感器、特殊的半導(dǎo)體傳感器等，雖然這類技術(shù)具有測溫精度高、反應(yīng)快的特點，但存在單點測量范圍小、布線復(fù)雜、易損壞、維護(hù)工作量大等局限性。往往一個通道內(nèi)只設(shè)1 ～ 2 個溫度采集點，采集點數(shù)量太少，無法檢測到各個IDC 機(jī)柜的進(jìn)出風(fēng)溫度，較難檢測到IDC 機(jī)房內(nèi)的局部熱點或局部過冷點，更無力為IDC 機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化提供有意義的數(shù)據(jù)，為空調(diào)精確送風(fēng)提供參考。
2 光纖測溫技術(shù)
分布式光纖測溫系統(tǒng)是一種使用單根光纖實現(xiàn)溫度監(jiān)測、信號傳輸，綜合利用光纖拉曼散射效應(yīng)和光時域反射測量技術(shù)來實時測量光纖沿線空間溫度分布情況的傳感系統(tǒng)。其中光纖拉曼散射效應(yīng)用于實現(xiàn)溫度測量，光時域反射測量技術(shù)用于獲知溫度測量點在光纖沿線上的位置。
光纖測溫系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在石油、化工、電力等行業(yè)，如油氣井下、大型儲油罐、高壓輸電線、化工廠的反應(yīng)器等的溫度分布探測、熱力管道泄漏監(jiān)測報警、油氣罐火宅報警等，效果非常理想。但其在數(shù)據(jù)中心中的使用尚處于試驗探索階段。
光纖測溫由于其技術(shù)原理與特性，使其具備以下優(yōu)點。
(1)無源實時監(jiān)測、體積小、重量輕、安裝布放方便。
(2)空間分辨率高、測量點多、靈敏度高。
(3)使用壽命長，便于維護(hù)。
3 基于光纖測溫的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)
利用光纖測溫技術(shù)的優(yōu)點，可以構(gòu)建一套全新的、精確到單機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)溫度的數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
3.1 光纖測溫機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)組成
基于光纖測溫的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)主要由測溫光纖、測溫主機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、存儲、操作終端及相關(guān)軟件組成。
(1) 測溫光纖：傳感光纖建議采用符合IEC60332-3C 標(biāo)準(zhǔn)的多模50/125μm 光纖。護(hù)套采用低煙無鹵，阻燃型熱塑材料。傳感光纖具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性、機(jī)械性能、防水性能和抗腐蝕特性。
(2) 測溫主機(jī)：建議要求測溫主機(jī)的溫度測量精度不大于±0.5℃ ;空間分辨率不大于0.5 m ;采樣間隔不大于0.25 m。
(3) 監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器與相關(guān)軟件：與常規(guī)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)相比，采用光纖測溫以后，所采集的機(jī)房溫度信息點大幅增加，所需計算、存儲的量也大幅增加，因此需注意服務(wù)器與存儲的硬件配置，使其可以滿足操作維護(hù)及時響應(yīng)和使用的需求。
監(jiān)控系統(tǒng)軟件與常規(guī)相比，可增加3D 渲染、空調(diào)反饋控制等功能。
3.2 光纖測溫機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)安裝
以某IDC 機(jī)房為例，機(jī)柜的布置根據(jù)冷熱通道分開設(shè)置的原理，采用面對面、背對背方式，機(jī)柜正面為冷通道，背面為熱通道。
光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)在工程現(xiàn)場的硬件安裝包括兩部分。
(1) 安裝1 臺測溫主機(jī)：綜合考慮IDC 機(jī)房平面布置、監(jiān)控機(jī)房和監(jiān)控中心的位置、走線架敷設(shè)路由、測溫主機(jī)的用電方式等，合理選擇適當(dāng)位置掛墻安裝。
(2) 敷設(shè)1 根傳感光纖：把傳感光纖敷設(shè)在被測機(jī)
柜上，實現(xiàn)最準(zhǔn)確和最有效的測量，保證所要求的測溫精度和空間分辨率。在實際應(yīng)用中，需要分布式測溫的場合是多種多樣的，因此傳感光纖的敷設(shè)方式也是多種多樣的。
平面布置：光纖測溫系統(tǒng)采用雙端測量，傳感光纖兩端均接入測溫主機(jī)，實現(xiàn)溫度測量和定位功能。剖面布置：每個單機(jī)柜前后各布置4 個普通溫度采光時域反射測量技術(shù)用于獲知溫度測量點在光纖沿線上的位置。
光纖測溫系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在石油、化工、電力等行業(yè)，如油氣井下、大型儲油罐、高壓輸電線、化工廠的反應(yīng)器等的溫度分布探測、熱力管道泄漏監(jiān)測報警、油氣罐火宅報警等，效果非常理想。但其在數(shù)據(jù)中心中的使用尚處于試驗探索階段。
光纖測溫由于其技術(shù)原理與特性，使其具備以下優(yōu)點。
(1)無源實時監(jiān)測、體積小、重量輕、安裝布放方便。
(2)空間分辨率高、測量點多、靈敏度高。
(3)使用壽命長，便于維護(hù)。
3 基于光纖測溫的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)
利用光纖測溫技術(shù)的優(yōu)點，可以構(gòu)建一套全新的、精確到單機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)溫度的數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
3.1 光纖測溫機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)組成
基于光纖測溫的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)主要由測溫光纖、測溫主機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、存儲、操作終端及相關(guān)軟件組成。
(1) 測溫光纖：傳感光纖建議采用符合IEC60332-3C 標(biāo)準(zhǔn)的多模50/125μm 光纖。護(hù)套采用低煙無鹵，阻燃型熱塑材料。傳感光纖具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性、機(jī)械性能、防水性能和抗腐蝕特性。
(2) 測溫主機(jī)：建議
要求測溫主機(jī)的溫度測量精度不大于±0.5℃ ;空間分辨率不大于0.5 m ;采樣間隔不大于0.25 m。
(3) 監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器與相關(guān)軟件：與常規(guī)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)相比，采用光纖測溫以后，所采集的機(jī)房溫度信息點大幅增加，所需計算、存儲的量也大幅增加，因此需注意服務(wù)器與存儲的硬件配置，使其可以滿足操作維護(hù)及時響應(yīng)和使用的需求。
監(jiān)控系統(tǒng)軟件與常規(guī)相比，可增加3D 渲染、空調(diào)反饋控制等功能。
3.2 光纖測溫機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)安裝
以某IDC 機(jī)房為例，機(jī)柜的布置根據(jù)冷熱通道分開設(shè)置的原理，采用面對面、背對背方式，機(jī)柜正面為冷通道，背面為熱通道。
光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)在工程現(xiàn)場的硬件安裝包括兩部分。
(1) 安裝1 臺測溫主機(jī)：綜合考慮IDC 機(jī)房平面布置、監(jiān)控機(jī)房和監(jiān)控中心的位置、走線架敷設(shè)路由、測溫主機(jī)的用電方式等，合理選擇適當(dāng)位置掛墻安裝。
(2) 敷設(shè)1 根傳感光纖：把傳感光纖敷設(shè)在被測機(jī)柜上，實現(xiàn)最準(zhǔn)確和最有效的測量，保證所要求的測溫精度和空間分辨率。在實際應(yīng)用中，需要分布式測溫的場合是多種多樣的，因此傳感光纖的敷設(shè)方式也是多種多樣的。
平面布置：傳感光纖及測溫主機(jī)平面安裝位置。光纖測溫系統(tǒng)采用雙端測量，傳感光纖兩端均接入測溫主機(jī)，實現(xiàn)溫度測量和定位功能。剖面布置：每個單機(jī)柜前后各布置4 個普通溫度采后，控制軟件自動調(diào)高相應(yīng)區(qū)域?qū)Ｓ每照{(diào)設(shè)定溫度，并降低EC 風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。
(3) 空調(diào)機(jī)組開啟臺數(shù)控制策略，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房空調(diào)總制冷量與機(jī)房內(nèi)實際發(fā)熱設(shè)備的'匹配程度、現(xiàn)場情況及目標(biāo)PUE 值設(shè)定。
此外參照監(jiān)控平臺3D 視圖的溫度場分布，針對機(jī)房平面圖內(nèi)一些熱負(fù)荷較大的局部熱點區(qū)域，亦可通過人工選擇加裝盲板、調(diào)整送風(fēng)地板活頁角度等措施，幫助熱交換，提高空調(diào)制冷效率。
3.4 光纖測溫機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)實際效果
在數(shù)據(jù)中心部署基于光纖測溫技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)以后，能夠?qū)C(jī)房每個機(jī)柜上側(cè)、下側(cè)的進(jìn)出風(fēng)度都進(jìn)行溫度測量，得到一幅關(guān)于機(jī)房溫度場的完整的畫面，局部過熱點或過冷點一覽無遺。
同時，也能得到每個測溫點各個時刻的溫度變化情況，實際運(yùn)行的機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)時刻都在起伏變化，也就說明，如果能夠感知這些起伏變化，來按需制冷，是能夠有效地優(yōu)化機(jī)房的PUE 的。
將溫度信息作為輸入條件，根據(jù)事先制定的策略，對機(jī)房專用空調(diào)的EC 風(fēng)機(jī)進(jìn)行反饋控制，可以實現(xiàn)提高安全性與節(jié)能性的效果。經(jīng)現(xiàn)場測試，光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)測得某區(qū)域回風(fēng)溫度為22℃，便控制空調(diào)風(fēng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速10%，在短短的7 min 之內(nèi)，室內(nèi)就達(dá)到了新的熱平衡，回風(fēng)溫度值上升為22.9℃，仍在機(jī)房環(huán)境要求內(nèi)。15 臺專用空調(diào)機(jī)組節(jié)能量達(dá)到18 kW，節(jié)能效果明顯。
4 結(jié)論與展望
基于光纖測溫的機(jī)房溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠提高機(jī)房溫度監(jiān)控的精細(xì)度，降低系統(tǒng)安裝和維護(hù)的復(fù)雜性，為評估各類節(jié)能措施的實際效果提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，為同時提升數(shù)據(jù)中心機(jī)房安全性與節(jié)能性提供了有效的技術(shù)支撐。不過，目前該技術(shù)方案在數(shù)據(jù)中心業(yè)內(nèi)還處在初步發(fā)展的階段，面臨投資成本較高、空調(diào)反饋控制系統(tǒng)接口復(fù)雜等問題，對該技術(shù)方案的應(yīng)用環(huán)境與功能開發(fā)完善還需要進(jìn)一步的深入研究和試驗。
隨著數(shù)據(jù)中心向高密度、綠色化、智能化的趨勢發(fā)展，作為溫度監(jiān)控系統(tǒng)的一種全新的應(yīng)用模式，基于光纖測溫的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)必將獲得業(yè)界更多的重視與發(fā)展，在高等級高重要性的數(shù)據(jù)中心中具有廣泛的應(yīng)用前景。
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