數(shù)據(jù)中心自然冷卻方式分析

楊菲菲

【摘 要】數(shù)據(jù)機房IT設(shè)備或其工藝需要低溫水冷卻降溫，甚至在冬季仍然需要空調(diào)供冷，冬季與過渡季節(jié)室外溫度較低，由于數(shù)據(jù)機房IT設(shè)備及其工藝對環(huán)境溫度要求嚴(yán)格，空調(diào)系統(tǒng)全年運行，合理利用免費的自然環(huán)境能源降低數(shù)據(jù)機房的運行能耗成為節(jié)能減排綠色低碳的關(guān)鍵。本文對數(shù)據(jù)中心不同的的自然冷卻方式進行了分析。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心 自然冷卻 數(shù)據(jù)機房

【Abstract】data room IT equipment or processes require cryogenic cooling water cooling， even in winter， still need air conditioning cooling， winter and transition seasons outdoor temperature is low， due to the data room IT equipment and technology strict requirements on the ambient temperature， the air conditioning system year-round operation， the rational use of the free energy of the natural environment to reduce the energy consumption data room has become the key to low-carbon energy saving green. In this paper， the data center of the different natural cooling were analyzed.

【Key words】naturally cooled data center data room

數(shù)據(jù)機房IT設(shè)備或其工藝需要低溫水冷卻降溫，甚至在冬季仍然需要空調(diào)供冷，所以冷水機組、冷卻塔、冷卻水泵和冷凍水泵往往要求全年運行，系統(tǒng)運行能耗高，運行成本高。自然冷卻技術(shù)通過合理使用環(huán)境氣溫或者水溫減少空調(diào)能源消耗。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度高于室外環(huán)境溫度時直接利用室外空氣作為冷源載體，將低溫空氣或水送入室內(nèi)，經(jīng)過氣-氣或氣-水熱交換后，達到為室內(nèi)降溫的目的，特別在冬季有顯著的節(jié)能效果。

1 原理

自然冷卻技術(shù)原理自然冷卻技術(shù)特點就是合理利用自然界天然冷空氣作為冷源，替代冷水機組運行，從而減少空調(diào)的能耗。

2 分類

根據(jù)冷源載體不同，自然冷卻技術(shù)分為新風(fēng)直接冷卻和冷卻水間接冷卻，兩者都采用環(huán)境溫度調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫，適合冬季空調(diào)供冷。其中新風(fēng)直接冷卻采用的是環(huán)境空氣作為冷源直接利用市外冷空氣來冷卻房間或者設(shè)備，他通常用在對溫濕度要求不高的數(shù)據(jù)機房。冷卻水間接冷卻是指利用干冷器間接利用市外冷空氣將水冷卻到可以用來給數(shù)據(jù)機房冷卻的水平。間接自然冷卻方式，目前常用的是冷凍水機房專用空調(diào)系統(tǒng)，配合適用于冬季自然冷卻的大冷卻塔（比夏季工況用冷卻塔容量要大3-4倍，以便盡可能延長自然冷卻的時間），及隔離冷水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)的板式熱交換器。

3 實例分析

結(jié)合實際工程案例，本文對數(shù)據(jù)中心新風(fēng)自然冷卻式空調(diào)系統(tǒng)著重介紹。新風(fēng)自然冷卻式空調(diào)系統(tǒng)主要解決空調(diào)系統(tǒng)能源消耗大的問題，有效的利用了室外新風(fēng)免費提供的冷量。在利用新風(fēng)的季節(jié)中，停止運行精密空調(diào)，或運行部分精密空調(diào)機組，以降低空調(diào)系統(tǒng)運行成本，減少精密空調(diào)機組開機時間，降低用電量；同時延長精密空調(diào)壽命，降低機組維修保養(yǎng)費用，提高經(jīng)濟性。

3.1 工作方式

（1）夏季：當(dāng)室外溫度高于20℃時，自然冷卻盤管將停止工作。機柜排風(fēng)直接回到精密空調(diào)進行制冷運行。運行方式為傳統(tǒng)的精密空調(diào)下送上回方式。（2）冬季與過渡季節(jié)：室外溫度低于20℃時自然冷卻機組開始工作。機柜排風(fēng)首先被自然冷卻機組吸入，并由機組冷卻后，送入精密空調(diào)回風(fēng)側(cè)。由于自然冷卻機組已經(jīng)抵消了部分熱負(fù)荷，精密空調(diào)壓縮機開始卸載工作。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

高效節(jié)能，節(jié)能效率高達40%以上；作為單獨的節(jié)能機房產(chǎn)品，可以用于任何機房。新建和改造均可使用；不受機房空調(diào)品牌限制，可以與任何機房空調(diào)配合使用；安裝靈活，置于熱通道上，不影響管線走向；冷媒作為載體工作，無任何防凍要求。簡化了系統(tǒng)，提高可靠性；冷媒作為載體，機房中無水患泄漏危險。

單個數(shù)據(jù)機房自然冷卻機組滿載使用狀況總結(jié)于表1-1.機房氣流組織如圖1-1，對應(yīng)數(shù)據(jù)機房建筑設(shè)置如圖1-2.

數(shù)據(jù)機房自然冷卻氣流組織示意圖 圖1-1 采用自然冷卻系統(tǒng)數(shù)據(jù)機房外觀 圖1-2

單個數(shù)據(jù)機房自然冷卻機組滿載使用狀況表 表1-1

室外新風(fēng)溫度 新風(fēng)自然冷卻機組所承擔(dān)房間負(fù)荷百分比 精密空調(diào) 運行時間占全年百分比

-5℃ 100% 不需開啟 約50天占全年13.7%

0℃ 82.2% 部分開啟 約35天占全年9.6%

5℃ 64.4% 部分開啟 約30天占全年8.3%

10℃ 56.7% 部分開啟 約60天占全年16.4%

相當(dāng)于滿載運行時負(fù)擔(dān)100%室內(nèi)負(fù)荷運行時間占全年比例33.7%，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)語

隨著室外溫度降低，冷盤管制冷量進一步提升，室外溫度低至10℃以下時，冷負(fù)荷達到最大。當(dāng)自然冷卻機組所提供冷量與機房發(fā)熱量匹配后，精密空調(diào)壓縮機不開啟。利用新風(fēng)直接作為室外冷源，經(jīng)過預(yù)熱或和回風(fēng)混合后，送入數(shù)據(jù)機房實現(xiàn)冷卻數(shù)據(jù)設(shè)備，并將多余的廢熱排放到室外實現(xiàn)機房空調(diào)的效果。這種方式不僅可有效保證空調(diào)區(qū)域的空調(diào)效果還可顯著提升空調(diào)區(qū)域的空氣品質(zhì)并且節(jié)約了大量的精密空調(diào)運行所消耗的電能，從而起到了降低能源消耗的目的。