淺談數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

甘萍

【摘要】 隨著全國數(shù)據(jù)中心建設(shè)數(shù)量急速增加，數(shù)據(jù)中心的用電量占全社會用電量的1.5%以上，已經(jīng)引起人們關(guān)注，國家也業(yè)已提出綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)試點工作的要求，推動我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)節(jié)能減排，降低能耗。空調(diào)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心第二大能耗系統(tǒng)，不管方案設(shè)計還是日常維護中，做好空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能工作，能夠有效降低數(shù)據(jù)中心的能耗，減少數(shù)據(jù)中心的運營成本，使其可持續(xù)綠色運營。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心 空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能分析

數(shù)據(jù)中心是在計算機信息技術(shù)的高速發(fā)展下產(chǎn)生的，是數(shù)據(jù)集成的一種展現(xiàn)，集成了電力、空調(diào)暖通、IT等設(shè)備，形成數(shù)據(jù)處理中心，能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進行處理和存儲、分析。隨著社會信息化的快速提高，越來越多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架設(shè)在云端，承載數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)中心如雨后春筍般的拔地而起。隨著大量數(shù)據(jù)中心投入運營，數(shù)據(jù)中心的能耗問題已經(jīng)凸顯，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)中心年耗電量已超過全社會用電量的1.5%，引起人們極大的關(guān)注，考慮怎樣做好數(shù)據(jù)中心的節(jié)能工作已經(jīng)非常重要，本文主要通過對數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能進行研究分析，降低數(shù)據(jù)中心的能耗。

一、數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境要求

數(shù)據(jù)中心主要是給服務(wù)器、存儲等設(shè)備提供一定的運行環(huán)境，服務(wù)器等設(shè)備均是處于全年不間斷運行中，對于運行環(huán)境要求非常，涉及溫度、濕度和空氣潔凈度。一般機房機柜區(qū)域或冷通道溫度設(shè)置在24℃左右，濕度40%到65%，空氣潔凈度要求每立方空氣中大于或等于0.5μm的懸浮粒子數(shù)少于1760000粒，如果空氣中存在的硫化物、氮氧化物以及腐蝕性氣體也會對于服務(wù)器等設(shè)備產(chǎn)生非常大的傷害。

二、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)介紹

數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷源系統(tǒng)種類有多種，根據(jù)不同的需求選擇最合適空調(diào)冷源形式。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)冷源的不同分為風冷機房空調(diào)系統(tǒng)、水冷機房空調(diào)系統(tǒng)、乙二醇冷機房空調(diào)系統(tǒng)、冷水空調(diào)系統(tǒng)、雙冷源空調(diào)系統(tǒng)。大部分數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)采用風冷機房空調(diào)系統(tǒng)和冷水空調(diào)系統(tǒng)。

三、數(shù)據(jù)中心空調(diào)的節(jié)能措施分析

隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，機柜功率密度越來越高，從3KW、4KW、6KW，甚至10KW以上，還可能更高，服務(wù)器安裝非常密集，散熱量越來越大，能耗也隨之越來越高，數(shù)據(jù)中心節(jié)能工作越來越凸顯重要。數(shù)據(jù)中心除IT第一大能耗外（占50%以上），空調(diào)系統(tǒng)為第二能耗系統(tǒng)（占到38%左右），在非IT設(shè)備中占絕大部分，所以空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是數(shù)據(jù)中心的節(jié)能核心，是降低數(shù)據(jù)中心能耗的重要途徑，是數(shù)據(jù)中心節(jié)能最大潛力所在。通過以下多種手段提高空調(diào)系統(tǒng)的能效，降低能耗，從而做好數(shù)據(jù)中心節(jié)能工作，降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。

3.1利用自然冷源

自然冷源主要是借助室外自然界的一些低溫冷源來冷卻機房，例如冷空氣、冷水（冰水）等免費的冷源?？照{(diào)主機的能耗一般能占到空調(diào)系統(tǒng)能耗的56%，通過自然冷卻停止或減少數(shù)據(jù)中心空調(diào)主機的運轉(zhuǎn)，可以大幅降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，空調(diào)全年運行能效比顯著提高，節(jié)能效果非常明顯。一般情況下所使用的方式有風側(cè)自然冷源和水側(cè)自然冷源。風側(cè)自然冷源是指利用室外新風自然冷卻，將利用室外的低溫空氣，通過新風和回風比例調(diào)整，經(jīng)過過濾系統(tǒng)處理之后引入到數(shù)據(jù)機房內(nèi)部，實現(xiàn)通信設(shè)備的制冷。我國北方室外空氣溫度低于15℃時間占全年小時數(shù)50%以上，例如北京占55%，哈爾濱占70%，非常適合使用自然冷卻技術(shù)。水側(cè)自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷卻，例如阿里巴巴位于浙江千島湖的數(shù)據(jù)中心因地制宜采用湖水制冷，深層湖水通過完全密閉的管道流經(jīng)數(shù)據(jù)中心，幫助服務(wù)器降溫，制冷能耗節(jié)省超過8成。

3.2良好的空調(diào)氣流組織形式

數(shù)據(jù)中心氣流組織形式是影響空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要因素，冷氣流動過程中的阻力越小，冷風和熱風氣流隔離的越好，冷量損耗的就越小，空調(diào)主機運行效果就越高，能效比越好。但經(jīng)常是因為空調(diào)氣流組織設(shè)計不合理或未經(jīng)過CFD軟件仿真測試，造成了冷氣流的利用率低，使得空調(diào)系統(tǒng)能耗浪費。

數(shù)據(jù)中心常見的空調(diào)氣流組織形式有三種，分別為房間級氣流組織，行級氣流組織，機柜級氣流組織。房間級氣流組織一般采用架空地板，下送風，冷通道封閉，上回風方式。架空地板起到靜壓箱的作用，通過冷通道里的開孔地板進入機柜前面板，穿過機柜從后面板出風，再通過回風百葉窗回到空調(diào)間，進入末端空調(diào)，形成風路。采用此方式能夠獲得可靠和均勻的冷卻氣流分布，隔離了冷熱氣流，能夠有效回風，提高了空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

3.3采用變頻設(shè)備

數(shù)據(jù)中心的冷水機組能耗是跟隨末端IT負載和室外環(huán)境溫度的變化，特別是大中型數(shù)據(jù)中心，業(yè)務(wù)上架也不是一步到位，需要經(jīng)過幾年的過程，冷水機組大部分時間運行在非工況情況下，通過使用變頻冷水機組，每年可節(jié)省20%左右的能耗，同時水冷系統(tǒng)中冷凍水泵、冷卻水泵、機房里的末端空調(diào)EC風機均使用變頻設(shè)備，可以實時根據(jù)IT負載的情況自動調(diào)整，能夠節(jié)約大量的冷量。

3.4提高機房回風溫度

數(shù)據(jù)中心機房一般機房溫度運行24℃左右，但現(xiàn)在各種IT設(shè)備硬件性能的提高，特別是服務(wù)器宕機溫度的提高，有理由可以提高機房的運行問題，例如提高到26℃左右，機房IT設(shè)備也是運行正常。我們可知通過提高機房的回風溫度節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)能耗，常年累積也是相當可觀。

3.5提高冷凍水溫度

空調(diào)系統(tǒng)冷水機組冷凍水溫度一般為7℃到12℃，末端空調(diào)的冷凍水溫度也為7℃到12℃。因為冷凍水的溫度和冷水機組的效率成正比關(guān)系，可通過提高冷凍水溫度，從而提高冷水機組的制冷效率，降低制冷能耗，但空調(diào)選型時必須要求在冷凍水10℃到15℃下能夠滿足制冷量要求。

3.6做好業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，合理啟用機柜和末端空調(diào)

通過做好業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，制定合理的上架計劃，按照機柜使用的規(guī)劃逐步上架，從機房一端和冷通道一端開始有計劃的進行機柜上架。對于整個未有上架的冷通道進行出風地板關(guān)閉，冷通道里面對應(yīng)未上架機柜的出風地板進行關(guān)閉，同時將機柜中所有的空U的空間安裝盲板，防止冷氣外跑，提高機柜的制冷能力，減少空調(diào)冷量損耗。

根據(jù)計算數(shù)據(jù)中心機房的IT負載匹配對應(yīng)制冷量，結(jié)合機房風速合理優(yōu)化末端空調(diào)開機數(shù)量，關(guān)閉多余空調(diào)，單臺空調(diào)（按8KW計算）一年就能夠節(jié)省5760度電。

3.7嚴格機房出入審批，加強機房管理

日常維護及施工人員進出機房，需及時關(guān)閉機房門，減少外部熱空氣進入。維護人員盡量通過遠程維護，減少進入機房次數(shù)，機房做到人走燈滅，減少照明熱量輻射，避免機房溫度和濕度的升高，從而減少空調(diào)制冷量損耗，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

四、結(jié)束語

綜上所述，本文從以上幾個方面對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性進行了研究分析，通過各項節(jié)能措施，使數(shù)據(jù)中心達到節(jié)能減排和低碳環(huán)保的效果，最后達成可持續(xù)綠色運營的目的。

參 考 文 獻

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