数据中心制冷基本原则及节能方案

发布时间：

2019-08-05 15:04

每个数据中心都有自己的特点，因而也没有什么可以完全套用于任何一个数据中心的技术方案。本篇文档主要讨论在数据中心制冷节能方面的一些基本原则和技术问题。在此基础上，每个不同的数据中心可以做出自己的节能方案。

　　但是这种假设有下面的不确定因素：

　　1、机房空调没有使用可变量(VAV)风扇的情况下，空调的制冷效率决定干空调机的数尺。随着每机柜的热密度大大提高，按照相识定律(*注2)得出，匹配式制冷系统的效率并不能显著提高。

　　2、匹配式制冷系统是传统数据中心热交换过程中额外的一个步骤。这个步骤加在数据中心冷却水循环和水冷机组冷却水循环之间的，因此提高送风温度并不能提高水冷机组的制冷效率和增加自然冷却的时间。

　　3、根据达西·魏斯巴赫理论，水管的长度和容积会降低水管内的压力，所以这些管道会大大影响数据中心内的空调机的制冷效率和减少自然冷却的时间。

　　4、当把冷送风和热回风彻底隔离之后，匹配式制冷系统能够提供相当干机房空调机在冷水节能器相同的自然冷却的时间。但是在空气节能器或热交换转轮节能器是不能有着相同的自然冷却时间。而这两种节能器都是目前世界上广泛被使用的节能器。

　　可持续的数据中心节能改进项目应从如下几点考量：

　　1、在等级1的数据中心中可以使用精确匹配式制冷系统，但必须使用可调节风旦风扇来满足服务器的热密度。但在等级2的数据中心应避免使用。比如在数据中心内，有些机柜的热负载为60%，有些为80%，而另外的为30%。这时，匹配式制冷系统的风量为(.603,.803and.303)，综合下来这些风扇的平均的效率只有25%左右。

　　2、在考虑并发性的冗余和无停机维修性时，我们需同时考虑空调机的制冷效率和冗余条件。比如在热负载为120吨的数据中心内，N十Z的冗余标准下我们配备6台30吨的空调机。相比之下，当我们只开其中4台空调机时，6台全开时的每台空调机只使用了67%的送风或30%的能源使用率。比起只开4台空调时的100%的使用率，全部6台空调全开时全部空调45%的送风效率或每台只用了30%的送风效率。按照相识定律，我们大大浪费了能源。

　　3、精确匹配式制冷系统将制冷系统和机柜紧密相连，我们不得不考虑它的冗余性能和维护性。我们必须安装一套独立的备用匹配式制冷系统或安装独立的机房空调系统以备不时之需。

　　4、当使用密闭冷通道等手段来制冷时，为了达到冗余的桔求，我们必须将机房空调机加在UPS上。这是我们需考虑UPS的可操作性和效率。

　　精确匹配式制冷和隔离冷送风/热回风一样有着节能的效果，可以减少冷风浪费现象并通过加大热回风的温度来提高空调机的制冷效率。在使用变频空调和可调节风量风扇时，我们可以利用相识原理来节省能源的使用。此外，我们需尽可能的使用自然冷却来获得最大的能源节省。精确匹配式制冷和隔离冷送风/热回风这两种方式都在使用冷水节能器时，获得巨大的节能效应。但是在使用空气节能器或热交换转轮时，隔离冷送风/热回风的方式则有着更大的优势。综上所述，节能与否取决于温差，管道的设计，冷却器和蒸发器的设计和流三等等因素决定，所以最终我们必须全面的考三一个有持续发展性的需求并且综合考呈每一个元素。

　　1、按布置位置分类

　　根据布置位置的不同，可将空调末端分为房间级、列间级和机架级。

　　1.1 房间级空调末端

　　房间级空调末端主要为机房专用空调末端，设置形式为在机房的一侧或两侧设置专门的空调区域，其内布置机房专用空调末端。空调末端送风方式可分为下送风和上送风2种。而机房专用空调末端下送风方式是通过静压箱自下而上输送冷风，是目前最常用的一种空调末端方式。房间级机房专用空调末端的连续耗能运转部件为风机，出于节能考虑，主流厂家均配置具有内置控制器后倾式电子控制换向电动机的风机，即EC风机。

　　1.2 列间级空调末端

　　列间级空调末端根据布置位置的不同，又可分为列间空调末端和顶置空调末端2种。

　　列间空调末端布置在机架的列间，前侧出风，水平吹向机架，经过机架前门并对设备供冷后，经机架后门再回风至空调后部。

　　顶置空调末端的换热盘管敷设于机架上方，机架热空气经机架后部流出后，经顶置空调盘管冷却，冷空气回到机架进风处。

　　较房间级空调末端来说，列间级空调末端的气体输送距离短、所需风压小，同时配置EC风机，可显著降低风机功耗。一般需同时采用封闭冷通道（或热通道）措施，优化气流组织，减少混风时造成的损失。

　　1.3 机架级空调末端

　　机架级空调末端更贴近机架热源，并与IT机架紧密结合。机架级空调末端安装在机架前门或背板，形成前门空调末端及背板空调末端。为保证空调末端气流组织的均匀性，制冷前门或背板上一般需敷设多个直流风机，每个风机风量较小。

　　2、按冷媒分类

　　根据冷媒的不同，可将空调末端分为冷水型和热管型。

　　1）冷水型空调末端

　　冷水型空调末端将冷水引入机房，即空调末端换热盘管中的制冷剂为冷水。采用冷水型空调末端，因冷水进入机房内部，需加强防水、检测、报警、排水等措施。

　　2）热管型空调末端

　　热管型空调末端换热盘管中的制冷剂为氟利昂（或其他相变工质），通过换热器将冷水冷量换热给相应制冷剂，同时该换热器也作为制冷剂的冷凝端，而换热盘管即为其蒸发端，依靠制冷剂相变来实现传热。

　　热管型空调末端的特点是冷水不进入空调末端换热盘管，按制冷剂是否需要动力来区分，可分为无动力热管型和有动力热管型。热管型空调末端的冷凝端和蒸发端有一定高差，该高差引起的密度差若可以作为制冷剂相变循环的动力，则该热管型空调末端为无动力热管型空调末端；若不能，需增加输配装置氟泵，则该热管型空调末端为有动力热管型空调末端。本文工程应用中提到的为无动力热管型空调末端。

　　3）空调末端分类

　　将空调末端按照布置位置、冷媒类型组合后，便得到了表1的几种空调末端形式。

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