浅析数据中心空调节能技术

浅析数据中心空调节能技术

发表时间：2019-11-26T14:28:17.667Z 来源：《中国西部科技》2019年第24期作者：谢灯钢[导读] 随着经济和信息技术的快速发展，介绍了数据中心运行环境及空调系统的特点，分别从利用自然冷源、优化气流组织、采用新型末端、采用变频设备、智能化群控管理五个方面对数据中心空调节能进行分析，为实现绿色数据中心空调系统节能提供一定的参考和建议。

引言

随着电子信息技术的飞速发展，数据中心单机柜功率密度越来越高，从3kW、4kW、6kW，甚至发展到10kW以上，还可能更高，耗电巨大，发热量更加集中，机房局部过热现象增多，机房内单位面积空调冷负荷急剧增加，由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升，甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。目前国内调查数据显示：IT设备能耗约占总能耗的50%，空调能耗约占40%，供电能耗约占

10%。所以空调系统的节能是数据中心的节能核心，是降低数据中心能耗的重要途径，是数据中心节能最大潜力所在。 1绿色节能设计在数据中心规划中的应用概述 1.1绿色节能设计在数据中心规划中应用的目标

如何在确保数据中心中的数据高度安全和高度可靠的前提下，最大限度地减少数据中心建设和运行低效和无效投入，打造高效、安全、节能的数据中心，是绿色节能设计在数据中心规划中应用的主要目标。而为了保证这一目标的有效实现，就需要采用虚拟化的技术来对服务器的架构进行优化，在增加服务器运行效率的基础上，减少数据中心服务器的数量，降低数据中心的设备、系统能耗，使整个数据中心的系统的运行、维护和管理变得更加节能、高效。当然，除了对服务器进行设计规划以外，还要遵循模块化的设计理念，对机房空间、电源设备、制冷系统等进行绿色节能的规划考虑，使整个数据中心的绿色节能效益达到最大化。

1.2绿色节能设计在数据中心规划中应用的原则

绿色节能设计在数据中心规划中的应用是一项技术性、过程性和长期性的内容，除了要准确把握应用的目标以外，还要注重应用原则的遵循，以确保数据中心规划的科学性。

2数据中心环境条件

数据中心中IT设备均是处于全年不间断运行中，对于运行环境（温度、湿度和空气洁净度）要求非常严格。一般数据中心内温度保持在24℃左右，湿度控制在40%-60%范围内，洁净度等级要求比较高，《数据中心设计规范》GB50174－2017规定，A级和B级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气大于或者等于0.5μm的尘埃数应少于18000粒。 3数据中心空调的特点

数据中心空调不同于常规的舒适性空调，主要有以下几个特点：（1）热负荷强度高，设备散热量大，散湿量小。（2）显热比高。（3）大风量，小焓差。（4）恒温恒湿控制。（5）全年供冷运行。（6）可靠性高。 4数据中心的ＲAS指标

数据中心近年来在我国的发展和建设相当迅速，全国各地建成的不同规模和不同等级的数据机房也不计其数。数据中心的建设对于ＲAS要求非常高———可靠性(Ｒeliability)、可用性(Availability)和可服务性(Serviceability)。由于IT设备空调制冷系统造成的宕机，会引起服务的局部瘫痪和中断。国外某调研机构曾有一组数字说明不同行业关键业务中断带来的金钱损失:大型数据中心的服务器宕机1min，平均会使运输业损失15万美元，银行业损失27万美元，通信业损失35万美元，制造业损失42万美元，证券业损失45万美元……这直接从经济效益的角度解释了稳定性和可靠性对数据中心多么的重要。数据中心为了达到ＲAS的高标准，配备的很多设备和线路(包括空调系统)都设计有冗余，而这不仅带来投资、占地的加大，也造成了技术实施、运行管理的复杂性。 5数据中心的能效指标

5.1能耗分析

目前，数据中心能耗考察指标PUE的概念已深入人心，但是如何根据项目本身特点，有效降低PUE，不同的数据中心项目的建设措施却是各有千秋。众所周知，数据中心PUE降低的关键在于空调能耗的降低，而如何经济有效地降低其能耗，研究和推广数据中心的绿色空调技术就显得十分重要。数据中心空调的特点:由于数据中心的发热量很大，且要求在特定一个允许的温湿度范围内长期连续运行，因此能适合其使用的空调系统要求可靠性高(一般设计都有N+1或N+2的冗余备机)、制冷量大、小温差和大风量。一般说来，大型数据中心的IT负荷从开始到满载也需要较长的时间(可能好几年)。由于受到室外全年气温变化的影响，以及IT负载的能耗和网络访问量或运行状态相关。比如，游戏服务器在早上的负载和能耗都比较低，但在晚上就比较高;视频服务器在遇到重大事件时的负载和能耗就比较高。数据中心虚拟化的发展，使得数据中心IT设备在不同时间和不同空间上的运行发热量都是变化的，因此数据中心的空调设计和运营，必须与之相适应。

5.2空调冷源系统形式

数据中心的常规空调冷源系统形式主要有:(1)风冷型机房空调。较适用于中、小型数据中心，以及严寒或寒冷地区或者缺水地区。(2)水冷型机房空调。较适用于非严寒或寒冷地区的大、中型数据中心，但不大适合缺水地区。(3)风冷/水冷的双冷源型精密空调。结合了水冷制冷效率高以及风冷无需担心结冻的风险，增强了地域的适应性，但也相应增加了设备投资及运行费用。(4)下送风上回风的IT机房空调气流组织形式;精密空调常规的送风方式有多种，典型的气流组织包括“下送风上回风”和“上送风下回风”。下送风上回风的方式有几方面明显的优势:下送风方式，可将强、弱电线缆在机架上方分层铺设，地板下不走线，仅作通风用途，既保障了机房防火的安全，又保障了冷风远程传送的顺畅;上送风下回风的气流组织不适用于高发热量IDC，相比之下制冷效率较低下。(5)水冷机房空调主机结合开放式冷却塔与板式换热器在过渡季节及冬季供冷。(6)闭式冷却塔供冷(严寒、寒冷地区循环接至采用防冻液)的机房空调系统。后面两种实际是较常见的，利用“水侧免费制冷”的一种方式(冷源系统仅循环水泵耗电)。当室外空气湿球温度在4℃以下时可以满足完全自然冷却(此时无需额外启动制冷设备高耗能的压缩机)，在湿球温度4-10℃之间可是实现部分自然冷却。在北京，一年内平均有5个月左右可以实现完全自然冷却，有2个月左右可以实现部分自然冷却，节能效果会非常明显的。

结语

绿色节能设计应用到数据中心规划之中既是现代化数据中心建设中的一项基本要求，也是数据中心数据处理能力科学化发挥的前提和基础。在当前注重成本与效益相匹配的数据中心规划理念的影响下，除了要考虑实际的需要以外，还要从成本节约的方面入手探索更加绿色节能的设计措施，以优化数据中心的规划建设。