浅谈数据中心冷源选择

浅谈数据中心冷源选择

发表时间：2017-11-21T12:10:31.097Z 来源：《防护工程》2017年第18期作者：孙颖

[导读] 随着互联网和通信网络的发展，计算机存贮及运行设备不断增加。

中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司

摘要: 本文对数据中心常见冷源形式：风冷式冷源和水冷式冷源进行原理分析，分析了风冷式系统和水冷式系统在不同地区的应用优势。

关键词:数据中心；水冷系统；风冷系统；冷却塔；自然冷源

随着互联网和通信网络的发展，计算机存贮及运行设备不断增加，人们日常生活已经离不开数据的支持，例如淘宝购物、百度地图等，数据中心作为数据运行的载体需求量倍增，数据中心发展突飞猛进，根据IDC预测，全球数据中心数量将在2017年达到顶峰，达到860万，国内总数量已达50万个。随着电子信息系统机房设备高密度的集成化，设备散热及机房散热量日渐趋高的现象开始受到了各界强烈关注。根据数据显示，通信类目前相关的碳排放已经成为最大的温室气体排放源之一，且该领域的排放量正随着数据中心的兴建大幅上涨。即便人们已经大力提高空调及附属设备等装置的能效，到2020年，全球通信类相关碳排放也将达到15.4亿吨。目前，一个中等规模的数据中心耗电约为1兆瓦，但许多大型数据中心，例如谷歌数据中心，需要20兆瓦的用电才能维持其正常运行，这相当于普通北美1.5万个家庭的用电量。越来越多的人开始关注数据中心的建设，其中空调冷源的选择成为数据中心是否节能的关键。本文着重介绍数据中心冷源的系统形式、原理及优缺点。

一、自然冷却的概念

1.在数据中心内，机架不断散发热量，为维持恒定的室内温度，需要全年降温以保证机架正常运行，由此带来了巨额的耗电量和电费。在节能减排和降低运营成本的压力下，人们不断地改进数据中心空调制冷形式。数据中心全年都需要制冷，过渡季节室外温度低于设计温度时，自然界存在着丰富的冷源，利用大自然的冷源进行冷却是机房空调节能减排的捷径。

自然冷却是指在室外湿球温度低至一定值时，直接利用冷却塔得到冷冻水的过程，而此时冷机是不需要开启的。

2.自然冷却空调系统从上世纪 70 年代后期开始投入使用，最早出现在高度重视节能的西欧运营商的机房中；自然冷却系统广泛用于大型数据机房、交换机房等需要全年运行的机房，而室外温度在过渡季节和冬季又比较低的地区。

3.2000 年建造的中国网通大连数据中心就采用了这个系统。事实上，对于全年有供冷要求的IDC 机房或通讯机房都可以采用这种免费能源。该系统给使用用户节约了大量的电费，同时在中国能源战略和低碳经济的角度出发，也是需要推广的全球领先节能技术。

二、水冷空调

采用冷水机组+板式换热器+开式冷却塔的冷源系统。采用高压冷水机组，采用开式逆流冷却塔。冷却塔布置建筑屋面上，冷却塔补水采用双管供水，保证供水安全。离心式冷水机组配套设置1组开式冷却塔，1台板式换热器。当室外湿球温度小于6℃时，由开式冷却塔及板式换热器利用较低的室外气温提供冷源，减少冷水机组开启时间、降低能源消耗。当室外湿球温度大于等于6℃且小于11℃时，冷却塔和冷机联合运行，以降低能源消耗。在数据中心附近设置一座冷却塔补水池，补水泵房设在维护支撑用房地下一层，水池储存12小时的冷却水补水量。在市政供水无法连续供水时，用水池为冷却塔补水，补水泵房内设两套冷却塔补水设备，一组用一组备；冷却水补水管网成环设计。在制冷中心设置水源热泵机组，用机房余热为场区内生活热水供水，节约能源。此方案技术成熟，运行成本较低，一次性投资建设后，后期不需要再次投资建设，但是对水源水量要求较高。

三、风冷空调

1.采用进风侧自然冷却+冷水机组

当新风温度适合时。新风全部引入，全部排出，利用室外空气进行自然冷却。当新风温度较低时，新风与回风混合，进行自然冷却。当新风温度过高时，新风经过冷水机组冷却降温后，进行自然冷却。

利用建筑构成风道，新风入口处设置过滤风墙，增加表冷段通过风扇，直接引入室外空气对机房机柜进行冷却，直接带走热量排到室外，过渡季节可以减少冷机开启时间，节约能源，但空气净化设施要求较高，投资及定期维护费用较高。

风冷式空调方案和水冷式冷水空题方案在实际应用中各有优劣,在整体能效上，水冷式系有优于风冷式系统，其中严寒地区和寒冷地区水冷式系统的能效优势尤其显著。而在夏热冬暖地区，室外温度高且空气湿度相对较大，水源缺乏地区，采用冷却塔蒸发制冷的节能空间相对较小，同时相对风冷式系统增加了额外的水资源消耗，此时采用风冷式系统更加经济节能。

结束语：本文通过对常见数据中心自然冷源方案进行分析，对比各方案优缺点。根据自然条件、场区条件的不同，选择适合的冷源方案，为数据中心冷源方案的选择提供参考。

参考文献：

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