饒志明 宋華

摘要：近年來，眾多行業(yè)的發(fā)展都滲透了綠色發(fā)展的概念，將節(jié)能技術(shù)大力推廣到行業(yè)中各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，企業(yè)的整體能源消耗降低有了顯著改善。但是隨著能源的匱乏問題日益嚴(yán)峻，各企業(yè)越來越重視節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，尤其是數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。本文通過探討在數(shù)據(jù)中心中經(jīng)常使用的制冷節(jié)能技術(shù)，為眾多企業(yè)提供數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;制冷;節(jié)能技術(shù);應(yīng)用

近年來，綠色發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的理念逐漸在眾多行業(yè)領(lǐng)域中得到滲透和發(fā)展，成為提升發(fā)展綜合效益的重要方式。正因?yàn)槿绱耍絹碓蕉嗟闹黧w在實(shí)際發(fā)展過程中積極探索能夠?qū)⒐?jié)能技術(shù)運(yùn)用到特定環(huán)節(jié)中的方法。數(shù)據(jù)中心作為一套復(fù)雜的設(shè)施，不僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與之配套的諸如通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，同時(shí)，還包括保證數(shù)據(jù)中心持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。相關(guān)研究表明，數(shù)據(jù)中心中的制冷系統(tǒng)是整個(gè)中心中耗電量最大的部分，其所占數(shù)據(jù)中心總耗能的30%～45%。在當(dāng)前節(jié)能環(huán)保理念深入發(fā)展的情況下，如何將節(jié)能技術(shù)充分應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)之中，降低制冷系統(tǒng)的能耗，是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃建設(shè)中重點(diǎn)考慮和解決的問題，也是影響數(shù)據(jù)中心建設(shè)效益的重點(diǎn)所在。調(diào)查顯示，目前我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的制冷系統(tǒng)通常采用自然冷卻技術(shù)、雙冷源分布式熱管背板冷卻技術(shù)或者熱交換器來對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行制冷，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的空調(diào)氣流，達(dá)到制冷兼具節(jié)能的效果，對(duì)這些數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)中常用到的制冷節(jié)能技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用性的分析，以豐富數(shù)據(jù)中心制冷中節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用研究。

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房制冷模式

1.1 機(jī)房級(jí)制冷

空調(diào)機(jī)布置在機(jī)房（分散或集中布置），冷空氣通過活動(dòng)地板下的靜壓箱或吊項(xiàng)上的風(fēng)道向冷通道送風(fēng)。對(duì)于熱密度>5 kW/機(jī)柜，采用下送風(fēng)方式，按冷熱通道的布局原則，在機(jī)柜上部也會(huì)產(chǎn)生局部熱點(diǎn);為解決局部熱點(diǎn)問題，機(jī)房級(jí)制冷可采用冷（熱）通道封閉的方式;當(dāng)然首先還應(yīng)采用盲板等措施防止機(jī)柜后部排出的熱空氣返流至機(jī)柜前部進(jìn)風(fēng)口。封閉冷（熱）通道的方法簡(jiǎn)單易行，能解決8～10 kW/機(jī)柜的發(fā)熱量;在設(shè)計(jì)階段應(yīng)將高熱密度的機(jī)柜集中布置，以便實(shí)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(jī)柜冷池級(jí)制冷與機(jī)柜排級(jí)制冷（行級(jí)制冷）

多臺(tái)柜式制冷終端分散布置在靠近高熱密度的機(jī)柜旁，送出的冷空氣水平方向進(jìn)入機(jī)柜前部;制冷主機(jī)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(fù)荷確定，單機(jī)柜的制冷量可達(dá)30 kW。

1.3 機(jī)柜級(jí)制冷

高密度封閉機(jī)柜采用柜內(nèi)冷卻方式，減少冷量在機(jī)房?jī)?nèi)的浪費(fèi)，利于迅速、準(zhǔn)確控制每個(gè)機(jī)柜內(nèi)的環(huán)境。

1.4 局部熱點(diǎn)冷卻

現(xiàn)在使用最多機(jī)房級(jí)制冷模式中，常常存在熱點(diǎn);為降低熱點(diǎn)的溫度，往往將機(jī)房專用空調(diào)機(jī)設(shè)定溫度降低，造成能耗增長(zhǎng);為解決熱點(diǎn)的冷卻問題，可以在熱點(diǎn)附近安裝局部的制冷終端。在上述的冷池級(jí)、排級(jí)制冷模式中的柜式制冷終端也可用于局部熱點(diǎn)冷卻;另外可采用吊頂式、機(jī)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 數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 水側(cè)節(jié)能技術(shù)

水側(cè)冷凍系統(tǒng)是通過室外環(huán)境來降低數(shù)據(jù)中心溫度的效果，主要是通過室外環(huán)境來供給數(shù)據(jù)中心的冷水，這種技術(shù)在不耗費(fèi)制冷能源的情況下，將水冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟取Ｒ话愣裕畟?cè)冷凍系統(tǒng)主要由冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵以及通冷凍水型專用空調(diào)末端構(gòu)成，該系統(tǒng)主要采用集中式的冷源，系統(tǒng)中的冷水機(jī)組的制冷效率高，并且冷卻塔的放置位置靈活，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音也偏小，并且在規(guī)模化使用時(shí)還可有效地節(jié)省建造和維護(hù)成本。

在水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)中，冷水機(jī)組系統(tǒng)上安裝有附加風(fēng)扇的換熱器，當(dāng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行環(huán)境中的溫度可以通過制冷的方式實(shí)現(xiàn)散熱的目的時(shí)，節(jié)能系統(tǒng)就會(huì)切換到以換熱器為主的模式，并對(duì)環(huán)境中的溫度進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)中心外界的環(huán)境溫度達(dá)到所設(shè)置的范圍時(shí)，水冷機(jī)組的制冷功能會(huì)進(jìn)入暫停狀態(tài)，水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能功能將會(huì)啟動(dòng)。

在水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)中，水的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)因?yàn)榫哂懈嗫晒╈`活選擇的功能，并且受數(shù)據(jù)中心環(huán)境性因素的影響偏少而成為數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中使用比較多的技術(shù)系統(tǒng)。雖然也有些企業(yè)在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)過程中使用地?zé)嵯到y(tǒng)來對(duì)疏散中心的熱量，但這種散熱系統(tǒng)的效果在散熱的持續(xù)性和節(jié)能性等方面要明顯地弱于水的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。

2.2 風(fēng)側(cè)自然冷卻節(jié)能技術(shù)

所謂的風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)是指數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，室外空氣直接通過濾網(wǎng)或間接通過換熱器將室外的空氣冷量帶入數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)，進(jìn)而對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行降溫的冷卻技術(shù)。與水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)相比，風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的節(jié)能效果更加直接和明顯，該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)減少能量之間的轉(zhuǎn)換和傳遞環(huán)節(jié)，從而避免不必要的能量損耗，提升數(shù)據(jù)中心制冷的效果。在技術(shù)層面，風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了冷源與負(fù)荷中心的直接接觸，使得系統(tǒng)運(yùn)行不再依賴于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的制冷機(jī)組的輔助降溫，從而減少數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的原理決定了其更多地是借助外界環(huán)境中的冷溫空氣向數(shù)據(jù)中心傳送的方式來達(dá)到熱量交換和冷卻的效果，這就決定了數(shù)據(jù)中心的位置要符合長(zhǎng)期持續(xù)性冷空氣的標(biāo)準(zhǔn)，否則就會(huì)制約自然冷卻的效果。因此，風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)通常會(huì)在高緯度地區(qū)應(yīng)用。而我國大部分地區(qū)的全年平均氣溫在20℃以下，這一溫度分布特點(diǎn)為風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的運(yùn)用提供了自然性的優(yōu)勢(shì)條件。當(dāng)然，風(fēng)側(cè)自然冷卻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用除了與數(shù)據(jù)中心所處環(huán)境中的溫度和濕度有關(guān)以外，還與室外的空氣質(zhì)量有著直接性的關(guān)聯(lián)，如果空氣質(zhì)量偏差，勢(shì)必會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，造成系統(tǒng)整體功能弱化。例如我國華北地區(qū)的空氣污染情況比較嚴(yán)重，大氣中的水分、污染物以及氧氣等成分會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備中的金屬元器件產(chǎn)生較大的腐蝕作用，同時(shí)也會(huì)使設(shè)備中的非金屬元素加速老化，對(duì)設(shè)備造成永久性的損壞。因此，在實(shí)際的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用過程中，除了要考慮風(fēng)側(cè)節(jié)能系統(tǒng)在將主系統(tǒng)的熱負(fù)荷進(jìn)行疏散、制冷的優(yōu)勢(shì)以外，還要根據(jù)數(shù)據(jù)中心所處的地理環(huán)境情況來進(jìn)行綜合性的分析權(quán)衡。

2.3 交直流雙路直供電方案

目前較為常用的交流供電系統(tǒng)的路由、發(fā)電機(jī)組以及其他設(shè)備都是雙份，早成結(jié)構(gòu)過于臃腫，提升了供電系統(tǒng)的耗電量，與節(jié)能概念背道而馳。交流供電系統(tǒng)由于各項(xiàng)設(shè)備長(zhǎng)期高負(fù)載運(yùn)行，系統(tǒng)供電效率低下，所以采用交流直供供電模式改善這一狀況。此種方法可以降低UPS供電過程中的電能損失，提升系統(tǒng)的供電效率，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能的目標(biāo)。通過眾多的實(shí)踐應(yīng)用案例得出，此法的運(yùn)行效率較傳統(tǒng)的交流供電效率高，直接略過UPS雙逆變環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

3 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的過程中，各行業(yè)中企業(yè)的數(shù)據(jù)中心的能耗大大增加，為現(xiàn)存的能源局勢(shì)增加了壓力，所以通過數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣，充分發(fā)揮自然冷源系統(tǒng)和主動(dòng)制冷系統(tǒng)達(dá)到綠色工程，節(jié)能減排的目的，積極響應(yīng)國家的政策，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。

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作者身份證號(hào)：饒志明36253119860204031X宋華210124198901151028