自然冷卻技術在數據中心的應用分析

范成龍

摘 要：隨著云計算和大數據時代的到來，數據中心的數量也在不斷增多。數據中心的能耗也隨之增加，其中空調系統的能耗就占了很大一部分。文章分析了新風自然冷卻系統在數據中心空調系統的應用，結果顯示有很好的節能效果。

關鍵詞：數據中心；自然冷卻；節能

中圖分類號：TP308 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0177-02

Abstract： With the advent of the era of cloud computing and big data， the number of data centers is also increasing. The energy consumption of the data center also increases with it， in which the energy consumption of the air conditioning system accounts for a large part. The application of natural cooling system of fresh air in data center air conditioning system is analyzed in this paper. The results show that it has good energy saving effect.

Keywords： data center； natural cooling； energy saving

引言

近年來，由于互聯網技術的不斷發展，對數據處理的需求也在不斷增長，導致數據中心的數量也在不斷增多。數據中心的能源消耗總量從2005年至2010年翻了一番[1]。IT設備散熱量大，對數據中心溫濕度控制要求高，需要常年制冷，制冷空調系統不可或缺，其能耗制占數據中心總能耗的40%左右。降低空調能耗對整個數據中心的能源效率具有重要意義。

在數據中心有許多有效的方法來節省冷卻能源，如室內空氣分配優化，機架式服務器傳熱增強，冷卻器熱性能改善等[2]。此外，自然冷卻技術是一種新穎有前途的技術，通過充分利用自然冷卻源，可以降低冷水機組的負荷率，從而節約冷卻水的能耗[3]。由于效率高，排放低，數據中心采用的自然冷卻技術近年來受到越來越多的關注。目前對室外自然冷源的利用主要有直接引入式和間接利用式兩種方式。本文以夏熱冬冷的上海地區為例，分析新風直接引入式自然冷卻技術在數據中心應用的可行性與節能效果。

1 數據中心概況

為了研究新風直接引入式空調系統的節能潛力，在上海建立建筑模型作為研究對象，通過計算，對直接利用自然冷源的節能潛力及節能效果進行分析。機房長25米，寬16米，共有9排機柜，每排機柜數目為15臺，共135臺機柜，單機柜的功率為3kW。機柜采用冷熱通道的方式進行布置。機房標準按照 ASHRAE TC 9.9的建議級標準進行設計，設備環境要求18～27℃，露點溫度5.5℃到相對濕度60%和露點溫度15℃對應的參數范圍。

2 數據中心機房的負荷計算

機房的冷負荷是機房精密空調選型的重要依據，數據中心機房冷負荷一般由圍護結構冷負荷、IT設備散熱冷負荷、照明設備散熱冷負荷以及人員散熱冷負荷組成，由于數據中心機房平時一般沒有工作人員，只是偶爾有人員進入機房進行巡查或調試，因此，人員散熱所造成的冷負荷可忽略不計。取照明設備散熱為8kW，該數據中心的總冷負荷為420kW。

3 上海地區氣候條件

上海地區干球溫度分布間如表1所示。

上海地區逐月溫度如表2所示。

4 常規空調系統能耗計算

通過計算常規空調系統和新風直接引入式空調系統的能耗來分對比分析直接利用自然冷源的節能潛力及節能效果。首先計算常規空調系統的能耗，常規空調系統采用風冷精密空調系統。風冷精密空調系統總功率=總發熱量/COP，取風冷精密空調系統性能系數COP為2.5[4]，則風冷精密空調系統總功率為420kW÷2.5=168kW。運行時間為8760小時，耗電量為1471680kW·h。

5 新風直接引入式空調系統的能耗計算

5.1 新風量的確定

5.3 新風直接引入式空調運行時能耗

當室外溫度小于15℃時，采用新風直接引入式空調的能耗情況如表3所示。

當室外溫度大于15℃時，采用常規空調系統，空調功率為168kW，運行時間為5071小時，耗電量為957768kW·h。即新風直接引入式空調的總耗電量為1015690 kW·h。

6 節能效果分析

7 結束語

通過計算結果可以看出，新風直接引入式自然冷卻技術在夏熱冬冷地區有很好的節能效果，大幅度降低了數據中心機房的耗電量，有良好的經濟效益和社會效益，新風直接式自然冷卻技術在其他地區的節能效果還需要根據不同地區的氣候以及實際情況進行計算分析。通過ASHRAE/TC 9.9在2011年公布的《數據處理環境熱指南》中可以看出，相比以前的標準對機房的溫濕度環境要求有所放寬，這樣就給自然冷卻技術提供了更大的應用空間，自然冷卻技術在數據中心的應用將越來越廣泛。

參考文獻：

[1]Sharma N， Barker S， Irwin D， et al. Blink： managing server clusters on intermittent power[C]// Sixteenth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems. ACM， 2011：185-198.

[2]Capozzoli A， Primiceri G. Cooling Systems in Data Centers： State of Art and Emerging Technologies[J]. Energy Procedia， 2015，83：484-493.

[3]Zhang Y， Wei Z， Zhang M. Free cooling technologies for data centers： energy saving mechanism and applications[J]. Energy Procedia， 2017，143：410-415.

[4]耿海波，李建堯，鄒成.溫和地區數據中心新風自然冷卻節能技術探討[J].暖通空調，2017，47（10）：19-25.