數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)及降耗指標的控制探析

閆德生

(吉林吉大通信設計院股份有限公司,吉林 長春 130012)

數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重點在于空調(diào)部分的能效指標，即PUE空調(diào)因子。機房空調(diào)的能效指標又與機房的熱密度、風道布置、冷熱通道、機房建筑熱負荷、室外機布置、室內(nèi)機布置等諸多因素相關(guān)。

1 數(shù)據(jù)中心機房制冷模式

數(shù)據(jù)中心機房的制冷模式分為機房級、機柜冷池級、機柜排列級和機柜級。

1.1 機房級制冷

空調(diào)機布置在機房(分散或集中布置)，冷空氣通過活動地板下的靜壓箱或吊項上的風道向冷通道送風。

對于熱密度>5 kW/機柜，采用下送風方式，按冷熱通道的布局原則，在機柜上部也會產(chǎn)生局部熱點；為解決局部熱點問題，機房級制冷可采用冷(熱)通道封閉的方式；當然首先還應采用盲板等措施防止機柜后部排出的熱空氣返流至機柜前部進風口。封閉冷(熱)通道的方法簡單易行，能解決8～10 kW/機柜的發(fā)熱量；在設計階段應將高熱密度的機柜集中布置，以便實現(xiàn)冷(熱)通道封閉，并使空調(diào)系統(tǒng)制冷效率提高。

1.2 機柜冷池級制冷與機柜排級制冷(行級制冷)

多臺柜式制冷終端分散布置在靠近高熱密度的機柜旁，送出的冷空氣水平方向進入機柜前部；制冷主機為各制冷終端提供冷水或氟利昂來帶走熱空氣的熱量；制冷終端的數(shù)量和制冷量根據(jù)柜負荷確定，單機柜的制冷量可達30 kW。

1.3 機柜級制冷

高密度封閉機柜采用柜內(nèi)冷卻方式，減少冷量在機房內(nèi)的浪費，利于迅速、準確控制每個機柜內(nèi)的環(huán)境。

1.4 局部熱點冷卻

現(xiàn)在使用最多機房級制冷模式中，常常存在熱點；為降低熱點的溫度，往往將機房專用空調(diào)機設定溫度降低，造成能耗增長；為解決熱點的冷卻問題，可以在熱點附近安裝局部的制冷終端。在上述的冷池級、排級制冷模式中的柜式制冷終端也可用于局部熱點冷卻；另外可采用吊頂式、機柜頂部式、背板式等形式的制冷終端；這些制冷終端可局部使用也可大量使用。

2 機房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施

我國數(shù)據(jù)中心在快速擴展中，耗電量增長非?？?；其能源綜合利用率很低，在數(shù)據(jù)中心的建設上，節(jié)能環(huán)保方面有許多工作要做。

2.1 空調(diào)機組效率指標

評估空調(diào)機組效率的常用指標為能效比Cop,其表示在額定工況和規(guī)定條件下，空調(diào)機制冷運行時，總制冷量與輸入功率之比：

Cop=總制冷量(kW)/輸入功率(kW)

數(shù)據(jù)中心能耗的評估采用PUE：

PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設備總能耗

數(shù)據(jù)中心總能耗=IT設備總能耗+空調(diào)能耗+供配電能耗+其它能耗

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計我國PUE=2.0-3.0。

美國平均PUE=2.0。

2.2 機房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

(1)減少圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量。

(2)機房應嚴格密封，以便在較少的新風量下，機房能達到所需的正壓值，從而減少夏季新風熱負荷和冬季加濕量。

(3)多數(shù)地區(qū)需采用舒適性空調(diào)機對新風進行溫濕度預處理后，再送入機房；避免機房專用空調(diào)機夏季因除濕需求，壓縮機與電加熱器同時工作的情況發(fā)生，減少機房專用空調(diào)機的能耗。

(4)選取節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)：如帶板式換熱器的水冷型冷水機組、帶乙二醇自然冷卻系統(tǒng)的空調(diào)機、帶氟泵節(jié)能模塊的機房專用空調(diào)機、熱管式空調(diào)機等。大的系統(tǒng)甚至有用冷熱電三聯(lián)供方案。在設計的方案階段，應對多種方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

(5)風冷系統(tǒng)室外機的風機應可變速調(diào)節(jié)，并保證在最炎熱的季節(jié)冷凝器有足夠的過冷度，從而保證專用空調(diào)機的正常運行的制冷量達到要求。

(6)采用如下措施，提高機房空調(diào)機的回風溫度，達到節(jié)能的目的：

a.采取冷熱通道的布局原則、封閉冷(熱)通道、機柜內(nèi)應安裝側(cè)板、無設備的位置安裝盲板、布線后封堵地板走線孔等措施。

b.在條件許可時采用下送風形式，并增加活動地板鋪高，使不同地點地板出風口出風速度相對均勻。

c.機房空調(diào)機的使用臺數(shù)應根據(jù)機房負荷增減，不制冷的空調(diào)機應完全關(guān)機(風機也停止運轉(zhuǎn))。

d.在機房使用的初始階段，若機房熱負荷低，應根據(jù)空調(diào)機的運行臺數(shù)適當減少通風地板數(shù)量。

e.機房通風地板不應均布，應根據(jù)功率大小調(diào)整。無設備或功率很小的機柜前不應安放通風地板。

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心需要根據(jù)所在物理位置(附近電力、水源)、氣候條件、機房條件(面積、層高、承重)等條件綜合選擇節(jié)能高效的制冷方式及方案，是一項比較復雜的系統(tǒng)工程。相應機房工程應有設計評審，將問題消滅在設計階段。