數據中心空調系統節能措施

時間：2024-05-15 21:18:18 能源審計師我要投稿

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數據中心空調系統節能措施

　　數據中心的能耗問題已越來越成為人們所關注，綠色數據中心的呼聲越來越高。由于數據中心涉及的專業很多，研究者往往只從本專業出發，而沒有考慮與其他專業的配合問題。那么，下面小編為大家提供數據中心空調系統節能措施，歡迎大家閱讀瀏覽。

數據中心空調系統節能措施

　　冷熱通道隔離技術

　　經過多年的實踐和理論證明，在一個設計不合理的數據中心內，60%的空調機冷送風由于氣流組織的不合理而被浪費了。傳統的開放式熱通道結構數據中心面臨著兩大氣流管理難題：冷熱空氣相混合現象和空調冷送風的浪費現象。這兩種現象大大降低了空調制冷的效率。其中，冷熱空氣相混合現象指的是由設備產生的熱空氣和空調機的冷送風相混合從而提高了設備的進風溫度;空調冷送風的浪費現象則指的是從空調機的冷送風并未進入設備,并對設備冷卻而直接回流到空調機的現象。冷熱空氣混合現象也是導致數據中心溫度不一致的主要原因，并且這種現象也大大降低了數據中心空調的制冷效率和制冷能力。如何解決這兩種現象，其實最簡單的方式就是機柜面對面擺放形成冷風通道，背靠背擺放形成熱風通道，這樣會有效的降低冷熱空氣混流，減低空調使用效率。

　　冷熱通道完全隔離

　　隔離冷通道或者隔離熱通道哪種方式更好呢?這兩種方式都將空調的冷送風和熱回風隔離開來，并使空調機回風溫度提高以此來提高空調的制冷效率，區別主要是可擴展性，散熱管理和工作環境的適宜性。

　　隔離冷通道的可擴展性主要是受地板下送風和如何將地板下冷風送入多個隔離冷通道的制約。很多人認為只要當空調機的出風量能滿足設備的散熱風量即可，但是他們忽略了高架地板下冷送風對于多個隔離通道的壓力降和空間的限制。相反的隔離熱通道則是使用整個數據中心作為冷風區域來解決這個問題，正因為這樣擴大冷通道的空間。隔離熱通道相比于隔離冷通道有著更多空調冗余性能，多出的熱通道空間將會在空調系統出現故障時能多出幾分鐘的寶貴維修時間。而且隨著服務器設備的散熱能力的提高，服務器所需的散熱風量將會大大的減少。現在很多服務器的熱風的出風溫度可到達到55℃。隔離冷通道的未被隔離部分空間的溫度將會比傳統數據中心大大的提高，這將增加了數據中心工作人員的舒適度和減少數據中心其他設備的使用壽命。

　　綜上所述，雖然這兩種方法都可以提高空調使用效率，但是相比較起來，隔離熱通道比隔離冷通道的效率更高、適用性更好。

　　冷源方案比較

　　根據統計數據表明，數據中心的制冷系統占機房總功耗的40%左右。機房中的制冷主要是由機房空調負責，所以降低機房空調的耗電量可以有效的降低機房的PUE值。目前數據中心中較為常用節能制冷系統有以下四種：

　　水冷冷凍水機組+自由冷卻系統

　　本方案組成設備包含：水冷冷水機組、板式換熱器、冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵、定壓補水裝置、加藥裝置、蓄冷水罐、末端空調機組等組成。整個系統由冷凍水系統和冷卻水系統組成，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

　　風冷冷凍水機組+自由冷卻系統

　　本方案組成設備包含：風冷冷水機組、干盤管、冷凍水泵、定壓補水裝置、加藥裝置、蓄冷水罐、末端空調機組等組成。本系統做自由冷卻用的干盤管可集成于風冷冷水機組內，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

　　自帶冷源式風冷空調機組+自由冷卻

　　自帶冷源式風冷空調機組系統屬于分散式空調系統，空調機組由室內機、室外機、干盤管組成。室外機內置壓縮機，干盤管集中布置于室外，母管連接由水泵分配至各室內空調機，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

　　模塊末端全空氣空調機組水冷冷凍水

　　本方案組成設備包含：水冷冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵、定壓補水裝置、加藥裝置、蓄冷水罐、全空氣循環風機組等組成。過渡季及冬季直接把室外冷空氣經全空氣循環風機組處理后送至機房內，以減少冷源部分的能耗，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

　　數據中心到底使用哪種制冷系統，需要根據項目所在地的各項條件綜合考慮。在我國長江以北地區，如果有條件建議采用水冷冷凍水機組+自由冷卻系統的方式設計制冷系統，這樣在冬季氣溫7-12℃時可以采用預冷的方式，使用部分冷凍機組。在室外溫度小于7℃時，可以不啟動冷凍水機組，完全用自由冷卻系統對機房降溫，大大減少的了能源的消耗。

　　采用變頻電機

　　空調系統的制冷能力和環境密切相關，夏天室外溫度越高，制冷能力越低，因此大型數據中心空調系統的制冷量都是按最差(夏天最熱)工況設計的(空調的制冷量一般要比其在理想工況下的額定值低，這時建筑物本身不但不散熱，反而吸熱)。這樣，全年絕大部分時間空調系統運行在負荷不飽滿狀態。另外，大型數據中心的IT負荷從零到滿載也需要相當的時間，一般也在一到三年之間。還有，IT負載的能耗和網絡訪問量或運行狀態相關，根據其應用的特點，每天24小時的能耗都在變化，一年365天的能耗也都在變化。比如，游戲服務器在早上的負載和能耗都比較低，但在晚上就比較高;視頻服務器在遇到重大事件時的負載和能耗就比較高。

　　因此，在水冷系統中所有電機采用變頻系統，這樣可以節約大量的能量，其增加的投資一般在一年內節省的電費中就可以收回(基本滿負荷情況下)。對于風機和水泵，輸入功率和這些設備的轉速的三次方成正比。例如，如果風機或水泵的轉速為正常轉速的50%，僅需要同一設備運行在100%額定轉速時理論功率的12.5%。因此，當設備運行在部分負荷時，變速裝置的節能潛力十分明顯。

　　提高冷凍水的溫度

　　冷水機組標準的冷凍水溫度為7到12℃，水冷空調的標準工況也是認為冷凍水溫度為7到12℃。但是這個溫度范圍對于數據中心來說有點低，帶來以下兩個不利因素：

　　這個溫度大大低于數據中心正常運行在40%左右相對濕度的露點溫度，將在風機盤管上形成大量的冷凝水，需要進一步加濕才能保持機房的環境濕度。這個除濕和加濕過程都是非常消耗能量的過程。

　　冷凍水的溫度和冷水機組的效率成正比關系，也就是說冷凍水的溫度越高，冷水機組的效率也就越高。根據某品牌在網絡上公布的材料，冷凍水溫度每提高一度，冷水機組的效率就可以提高大約3%。

　　目前，在集裝箱數據中心和高功率密度的冷水背板制冷技術中都把冷凍水的溫度設計為12到18℃，已經高于露點溫度，完全不會除濕，也就不需要加濕。冷凍水的溫度提高后，水冷精密空調的制冷能力會下降，實際的制冷能力需要廠家提供的電腦選型軟件來確定，一般會下降10%到15%。但是由于冷凍水溫度提高后很少或基本不除濕和加濕，加上采用EC調速風機，電機產生的熱量減少，整個水冷精密空調的實際制冷能力(顯冷)下降并不多。

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