基于自然冷卻技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

司智華 徐鳳富

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換的數(shù)據(jù)中心也成為不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心往往需要面臨多臺(tái)電子設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備的高速、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，電能的不完全轉(zhuǎn)化會(huì)使得數(shù)據(jù)中心溫度不斷上升，高溫對(duì)于設(shè)備的影響是十分明顯的，因此數(shù)據(jù)中心安裝空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為常態(tài)，但空調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所消耗的電量和成本也成為數(shù)據(jù)中心經(jīng)濟(jì)效益提升的阻礙，本文將對(duì)自然冷卻技術(shù)進(jìn)行分析，探討自然冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能方面的作用，為數(shù)據(jù)中心的進(jìn)一步發(fā)展提供思路。

關(guān)鍵詞：自然冷卻技術(shù);技術(shù)應(yīng)用;數(shù)據(jù)中心;空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

科技的發(fā)展，使得數(shù)據(jù)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)需要數(shù)據(jù)技術(shù)的支持。自然冷卻技術(shù)是通過(guò)熱傳遞方式將數(shù)據(jù)中心向環(huán)境外排除熱量，以此來(lái)降低數(shù)據(jù)中心溫度，其優(yōu)點(diǎn)是在過(guò)渡季節(jié)又或者是冬季，制冷技術(shù)能夠自動(dòng)調(diào)換成免費(fèi)的自然冷源，無(wú)需壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)主要是由三部分組成，分別是降溫系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)，能源消耗量較大的兩部分是制冷與散熱系統(tǒng)。降溫系統(tǒng)主要依靠水蒸發(fā)將設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散除，干燥的北方地區(qū)濕度偏低，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)散熱比較適合引用該系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是利用冷卻塔與噴頭通過(guò)換熱效率散除熱量。散熱系統(tǒng)主要依靠設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的水量與風(fēng)量，通過(guò)風(fēng)機(jī)將熱量從設(shè)備內(nèi)部輸送到外部環(huán)境，完成設(shè)備運(yùn)行的散熱工作[1]。制冷系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)中心運(yùn)行溫度正常的基礎(chǔ)性系統(tǒng)，主要是借助制冷劑的高、低壓形態(tài)通過(guò)冷水機(jī)組完成散熱工作。

2 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析之自然冷卻技術(shù)

2.1水側(cè)自然冷卻技術(shù)

水側(cè)自然冷卻技術(shù)的應(yīng)用原理是在串聯(lián)電路中將板式換熱器連接在冷卻水系統(tǒng)及冷水之中，設(shè)計(jì)冷卻水的水溫在13℃--17℃范圍內(nèi)。如若冷卻水系統(tǒng)水溫大于15℃，制冷系統(tǒng)將全面開(kāi)啟制冷功能;如若冷卻水系統(tǒng)水溫在10℃--15℃范圍內(nèi)時(shí)，自然冷卻技術(shù)將會(huì)發(fā)揮部分作用，使得系統(tǒng)開(kāi)啟部分免費(fèi)制冷功能;如若冷卻系統(tǒng)水溫小于10℃，冷水機(jī)組將會(huì)停止工作，自然冷卻技術(shù)完全發(fā)揮作用使得系統(tǒng)開(kāi)啟全免費(fèi)制冷功能。水側(cè)自然冷卻技術(shù)的應(yīng)用能夠在一定的季節(jié)內(nèi)減少空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，從而為制冷系統(tǒng)的運(yùn)作節(jié)省了部分能源消耗。谷歌企業(yè)是使用水側(cè)自然冷卻技術(shù)的代表，其數(shù)據(jù)中心多半在沿海地區(qū)，使用海水做制冷能量。

2.2 風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)

風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)細(xì)分包括直接式、間接式以及蒸發(fā)式三種，其制冷原理是將外部環(huán)境的自然冷空氣輸送到混風(fēng)機(jī)房當(dāng)中，借助混風(fēng)室進(jìn)行室內(nèi)外回風(fēng)混合、過(guò)濾及加濕，之后傳輸?shù)秸舭l(fā)盤(pán)管進(jìn)行待冷卻，最后輸送至機(jī)房發(fā)揮制冷作用，此冷空氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)在降低回風(fēng)溫度的同時(shí)有利于空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，該技術(shù)一般適合應(yīng)用于天氣較為寒冷的地區(qū)，北方的冬天比較適合引用。黑龍江省哈爾濱市某企業(yè)的數(shù)據(jù)中心采用的是風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)，該地區(qū)冬季空氣寒冷，數(shù)據(jù)中心機(jī)房值冬季一般是在1.25-1.30范圍內(nèi)，非冬季機(jī)房值一般是在1.4-1.5之間，冷卻技術(shù)效率能夠獲得充分發(fā)揮[2]。

3 自然冷卻技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

3.1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能源損耗分析

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的方針政策，各企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行更新、升級(jí)，使得生產(chǎn)全過(guò)程環(huán)保又節(jié)能。數(shù)據(jù)中心屬于耗電集成體，全年不停歇的工作性質(zhì)使其運(yùn)轉(zhuǎn)需要消耗大量的能量與資源，并且會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣污染物以及水污染，不利于企業(yè)環(huán)保事業(yè)的開(kāi)展，更不利于國(guó)家青山、綠水的建設(shè)。數(shù)據(jù)中心是企業(yè)成本投資的重大項(xiàng)目，降低其對(duì)能源的消耗，有利于減少企業(yè)投資成本，使得企業(yè)獲得更多的凈營(yíng)利潤(rùn)[3]。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗最多，大致可以占到總消耗量的90%以上，其他輔助設(shè)備能量消耗僅占10%以下。為此，進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)是有必要的。

3.2 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)中心的運(yùn)作性質(zhì)使得自然冷卻技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行，借助自然冷卻技術(shù)有利于減少空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)有很多種，如變頻技術(shù)、制冷回風(fēng)技術(shù)、自然冷卻技術(shù)以及機(jī)房空調(diào)控制技術(shù)等，不同地區(qū)不同的使用環(huán)境，可以選擇相適應(yīng)的技術(shù)型空調(diào)制冷系統(tǒng)，在環(huán)境惡劣，天氣多變的地區(qū)可以考慮選擇技術(shù)的綜合性應(yīng)用，有利于縮短空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，降低空調(diào)運(yùn)行的耗電量，延長(zhǎng)空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命[4]。自然冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的節(jié)能效果顯著，利用環(huán)境中的自然冷空氣將系統(tǒng)內(nèi)部熱量進(jìn)行調(diào)換，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的散熱功能，進(jìn)而驅(qū)散數(shù)據(jù)中心工作時(shí)產(chǎn)生的大部分熱量。

3.3 自然冷卻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的可行性

計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)中心的技術(shù)操作要求更加嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)備運(yùn)行的溫度、濕度都要控制在合理的范圍內(nèi)，以便于提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的可靠性。合理控制數(shù)據(jù)中心的溫度及濕度，需要自然冷卻技術(shù)的支持，需要機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)設(shè)備正常運(yùn)行[5]。北方冬季寒冷，空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)能夠?qū)⑼獠孔匀坏睦淇諝馀c內(nèi)部熱量進(jìn)行回調(diào)，減少空調(diào)系統(tǒng)的制冷運(yùn)作時(shí)間，科學(xué)引用可再生的自然資源，有利于不可再生能源損耗的降低。

結(jié)束語(yǔ)：

數(shù)據(jù)中心運(yùn)行需要自然冷卻技術(shù)的支持，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)能夠保障無(wú)論是何種季節(jié)，何種室內(nèi)外溫度差，空調(diào)都能發(fā)揮溫度調(diào)控功能平衡數(shù)據(jù)中心與環(huán)境間的溫度。信息技術(shù)時(shí)代，充分利用數(shù)據(jù)技術(shù)降低數(shù)據(jù)中心的能量消耗，響應(yīng)國(guó)家政策實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排運(yùn)營(yíng)模式，減少空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，有利益企業(yè)運(yùn)行成本的降低，響應(yīng)國(guó)家發(fā)展的環(huán)保政策。

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