數據中心制冷節能技術及降耗指標的控制探析

閆德生

(吉林吉大通信設計院股份有限公司,吉林 長春 130012)

數據中心節能的重點在于空調部分的能效指標，即PUE空調因子。機房空調的能效指標又與機房的熱密度、風道布置、冷熱通道、機房建筑熱負荷、室外機布置、室內機布置等諸多因素相關。

1 數據中心機房制冷模式

數據中心機房的制冷模式分為機房級、機柜冷池級、機柜排列級和機柜級。

1.1 機房級制冷

空調機布置在機房(分散或集中布置)，冷空氣通過活動地板下的靜壓箱或吊項上的風道向冷通道送風。

對于熱密度>5 kW/機柜，采用下送風方式，按冷熱通道的布局原則，在機柜上部也會產生局部熱點；為解決局部熱點問題，機房級制冷可采用冷(熱)通道封閉的方式；當然首先還應采用盲板等措施防止機柜后部排出的熱空氣返流至機柜前部進風口。封閉冷(熱)通道的方法簡單易行，能解決8～10 kW/機柜的發熱量；在設計階段應將高熱密度的機柜集中布置，以便實現冷(熱)通道封閉，并使空調系統制冷效率提高。

1.2 機柜冷池級制冷與機柜排級制冷(行級制冷)

多臺柜式制冷終端分散布置在靠近高熱密度的機柜旁，送出的冷空氣水平方向進入機柜前部；制冷主機為各制冷終端提供冷水或氟利昂來帶走熱空氣的熱量；制冷終端的數量和制冷量根據柜負荷確定，單機柜的制冷量可達30 kW。

1.3 機柜級制冷

高密度封閉機柜采用柜內冷卻方式，減少冷量在機房內的浪費，利于迅速、準確控制每個機柜內的環境。

1.4 局部熱點冷卻

現在使用最多機房級制冷模式中，常常存在熱點；為降低熱點的溫度，往往將機房專用空調機設定溫度降低，造成能耗增長；為解決熱點的冷卻問題，可以在熱點附近安裝局部的制冷終端。在上述的冷池級、排級制冷模式中的柜式制冷終端也可用于局部熱點冷卻；另外可采用吊頂式、機柜頂部式、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 機房空調系統節能措施

我國數據中心在快速擴展中，耗電量增長非常快；其能源綜合利用率很低，在數據中心的建設上，節能環保方面有許多工作要做。

2.1 空調機組效率指標

評估空調機組效率的常用指標為能效比Cop,其表示在額定工況和規定條件下，空調機制冷運行時，總制冷量與輸入功率之比：

Cop=總制冷量(kW)/輸入功率(kW)

數據中心能耗的評估采用PUE：

PUE=數據中心總能耗/IT設備總能耗

數據中心總能耗=IT設備總能耗+空調能耗+供配電能耗+其它能耗

有數據統計我國PUE=2.0-3.0。

美國平均PUE=2.0。

2.2 機房空調系統的節能措施

(1)減少圍護結構的傳熱量。

(2)機房應嚴格密封，以便在較少的新風量下，機房能達到所需的正壓值，從而減少夏季新風熱負荷和冬季加濕量。

(3)多數地區需采用舒適性空調機對新風進行溫濕度預處理后，再送入機房；避免機房專用空調機夏季因除濕需求，壓縮機與電加熱器同時工作的情況發生，減少機房專用空調機的能耗。

(4)選取節能型空調系統：如帶板式換熱器的水冷型冷水機組、帶乙二醇自然冷卻系統的空調機、帶氟泵節能模塊的機房專用空調機、熱管式空調機等。大的系統甚至有用冷熱電三聯供方案。在設計的方案階段，應對多種方案進行技術經濟比較。

(5)風冷系統室外機的風機應可變速調節，并保證在最炎熱的季節冷凝器有足夠的過冷度，從而保證專用空調機的正常運行的制冷量達到要求。

(6)采用如下措施，提高機房空調機的回風溫度，達到節能的目的：

a.采取冷熱通道的布局原則、封閉冷(熱)通道、機柜內應安裝側板、無設備的位置安裝盲板、布線后封堵地板走線孔等措施。

b.在條件許可時采用下送風形式，并增加活動地板鋪高，使不同地點地板出風口出風速度相對均勻。

c.機房空調機的使用臺數應根據機房負荷增減，不制冷的空調機應完全關機(風機也停止運轉)。

d.在機房使用的初始階段，若機房熱負荷低，應根據空調機的運行臺數適當減少通風地板數量。

e.機房通風地板不應均布，應根據功率大小調整。無設備或功率很小的機柜前不應安放通風地板。

3 結束語

數據中心需要根據所在物理位置(附近電力、水源)、氣候條件、機房條件(面積、層高、承重)等條件綜合選擇節能高效的制冷方式及方案，是一項比較復雜的系統工程。相應機房工程應有設計評審，將問題消滅在設計階段。