數(shù)據(jù)中心制冷基本原則及節(jié)能方案

　　【中國(guó)制冷網(wǎng)】每個(gè)數(shù)據(jù)中心都有自己的特點(diǎn)，因而也沒(méi)有什么可以完全套用于任何一個(gè)數(shù)據(jù)中心的技術(shù)方案。本篇文檔主要討論在數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能方面的一些基本原則和技術(shù)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，每個(gè)不同的數(shù)據(jù)中心可以做出自己的節(jié)能方案。

　　但是這種假設(shè)有下面的不確定因素：

　　1、機(jī)房空調(diào)沒(méi)有使用可變量(VAV)風(fēng)扇的情況下，空調(diào)的制冷效率決定干空調(diào)機(jī)的數(shù)尺。隨著每機(jī)柜的熱密度大大提高，按照相識(shí)定律(*注2)得出，匹配式制冷系統(tǒng)的效率并不能顯著提高。

　　2、匹配式制冷系統(tǒng)是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心熱交換過(guò)程中額外的一個(gè)步驟。這個(gè)步驟加在數(shù)據(jù)中心冷卻水循環(huán)和水冷機(jī)組冷卻水循環(huán)之間的，因此提高送風(fēng)溫度并不能提高水冷機(jī)組的制冷效率和增加自然冷卻的時(shí)間。

　　3、根據(jù)達(dá)西·魏斯巴赫理論，水管的長(zhǎng)度和容積會(huì)降低水管內(nèi)的壓力，所以這些管道會(huì)大大影響數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空調(diào)機(jī)的制冷效率和減少自然冷卻的時(shí)間。

　　4、當(dāng)把冷送風(fēng)和熱回風(fēng)徹底隔離之后，匹配式制冷系統(tǒng)能夠提供相當(dāng)干機(jī)房空調(diào)機(jī)在冷水節(jié)能器相同的自然冷卻的時(shí)間。但是在空氣節(jié)能器或熱交換轉(zhuǎn)輪節(jié)能器是不能有著相同的自然冷卻時(shí)間。而這兩種節(jié)能器都是目前世界上廣泛被使用的節(jié)能器。

　　可持續(xù)的數(shù)據(jù)中心節(jié)能改進(jìn)項(xiàng)目應(yīng)從如下幾點(diǎn)考量：

　　1、在等級(jí)1的數(shù)據(jù)中心中可以使用精確匹配式制冷系統(tǒng)，但必須使用可調(diào)節(jié)風(fēng)旦風(fēng)扇來(lái)滿足服務(wù)器的熱密度。但在等級(jí)2的數(shù)據(jù)中心應(yīng)避免使用。比如在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，有些機(jī)柜的熱負(fù)載為60%，有些為80%，而另外的為30%。這時(shí)，匹配式制冷系統(tǒng)的風(fēng)量為(.603,.803and.303)，綜合下來(lái)這些風(fēng)扇的平均的效率只有25%左右。

　　2、在考慮并發(fā)性的冗余和無(wú)停機(jī)維修性時(shí)，我們需同時(shí)考慮空調(diào)機(jī)的制冷效率和冗余條件。比如在熱負(fù)載為120噸的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，N十Z的冗余標(biāo)準(zhǔn)下我們配備6臺(tái)30噸的空調(diào)機(jī)。相比之下，當(dāng)我們只開其中4臺(tái)空調(diào)機(jī)時(shí)，6臺(tái)全開時(shí)的每臺(tái)空調(diào)機(jī)只使用了67%的送風(fēng)或30%的能源使用率。比起只開4臺(tái)空調(diào)時(shí)的100%的使用率，全部6臺(tái)空調(diào)全開時(shí)全部空調(diào)45%的送風(fēng)效率或每臺(tái)只用了30%的送風(fēng)效率。按照相識(shí)定律，我們大大浪費(fèi)了能源。

　　3、精確匹配式制冷系統(tǒng)將制冷系統(tǒng)和機(jī)柜緊密相連，我們不得不考慮它的冗余性能和維護(hù)性。我們必須安裝一套獨(dú)立的備用匹配式制冷系統(tǒng)或安裝獨(dú)立的機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)以備不時(shí)之需。

　　4、當(dāng)使用密閉冷通道等手段來(lái)制冷時(shí)，為了達(dá)到冗余的桔求，我們必須將機(jī)房空調(diào)機(jī)加在UPS上。這是我們需考慮UPS的可操作性和效率。

　　精確匹配式制冷和隔離冷送風(fēng)/熱回風(fēng)一樣有著節(jié)能的效果，可以減少冷風(fēng)浪費(fèi)現(xiàn)象并通過(guò)加大熱回風(fēng)的溫度來(lái)提高空調(diào)機(jī)的制冷效率。在使用變頻空調(diào)和可調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)扇時(shí)，我們可以利用相識(shí)原理來(lái)節(jié)省能源的使用。此外，我們需盡可能的使用自然冷卻來(lái)獲得最大的能源節(jié)省。精確匹配式制冷和隔離冷送風(fēng)/熱回風(fēng)這兩種方式都在使用冷水節(jié)能器時(shí)，獲得巨大的節(jié)能效應(yīng)。但是在使用空氣節(jié)能器或熱交換轉(zhuǎn)輪時(shí)，隔離冷送風(fēng)/熱回風(fēng)的方式則有著更大的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，節(jié)能與否取決于溫差，管道的設(shè)計(jì)，冷卻器和蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和流三等等因素決定，所以最終我們必須全面的考三一個(gè)有持續(xù)發(fā)展性的需求并且綜合考呈每一個(gè)元素。

　　1、按布置位置分類

　　根據(jù)布置位置的不同，可將空調(diào)末端分為房間級(jí)、列間級(jí)和機(jī)架級(jí)。

　　1.1 房間級(jí)空調(diào)末端

　　房間級(jí)空調(diào)末端主要為機(jī)房專用空調(diào)末端，設(shè)置形式為在機(jī)房的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置專門的空調(diào)區(qū)域，其內(nèi)布置機(jī)房專用空調(diào)末端?？照{(diào)末端送風(fēng)方式可分為下送風(fēng)和上送風(fēng)2種。而機(jī)房專用空調(diào)末端下送風(fēng)方式是通過(guò)靜壓箱自下而上輸送冷風(fēng)，是目前最常用的一種空調(diào)末端方式。房間級(jí)機(jī)房專用空調(diào)末端的連續(xù)耗能運(yùn)轉(zhuǎn)部件為風(fēng)機(jī)，出于節(jié)能考慮，主流廠家均配置具有內(nèi)置控制器后傾式電子控制換向電動(dòng)機(jī)的風(fēng)機(jī)，即EC風(fēng)機(jī)。

　　1.2 列間級(jí)空調(diào)末端

　　列間級(jí)空調(diào)末端根據(jù)布置位置的不同，又可分為列間空調(diào)末端和頂置空調(diào)末端2種。

　　列間空調(diào)末端布置在機(jī)架的列間，前側(cè)出風(fēng)，水平吹向機(jī)架，經(jīng)過(guò)機(jī)架前門并對(duì)設(shè)備供冷后，經(jīng)機(jī)架后門再回風(fēng)至空調(diào)后部。

　　頂置空調(diào)末端的換熱盤管敷設(shè)于機(jī)架上方，機(jī)架熱空氣經(jīng)機(jī)架后部流出后，經(jīng)頂置空調(diào)盤管冷卻，冷空氣回到機(jī)架進(jìn)風(fēng)處。

　　較房間級(jí)空調(diào)末端來(lái)說(shuō)，列間級(jí)空調(diào)末端的氣體輸送距離短、所需風(fēng)壓小，同時(shí)配置EC風(fēng)機(jī)，可顯著降低風(fēng)機(jī)功耗。一般需同時(shí)采用封閉冷通道（或熱通道）措施，優(yōu)化氣流組織，減少混風(fēng)時(shí)造成的損失。

　　1.3 機(jī)架級(jí)空調(diào)末端

　　機(jī)架級(jí)空調(diào)末端更貼近機(jī)架熱源，并與IT機(jī)架緊密結(jié)合。機(jī)架級(jí)空調(diào)末端安裝在機(jī)架前門或背板，形成前門空調(diào)末端及背板空調(diào)末端。為保證空調(diào)末端氣流組織的均勻性，制冷前門或背板上一般需敷設(shè)多個(gè)直流風(fēng)機(jī)，每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)量較小。

　　2、按冷媒分類

　　根據(jù)冷媒的不同，可將空調(diào)末端分為冷水型和熱管型。

　　1）冷水型空調(diào)末端

　　冷水型空調(diào)末端將冷水引入機(jī)房，即空調(diào)末端換熱盤管中的制冷劑為冷水。采用冷水型空調(diào)末端，因冷水進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)部，需加強(qiáng)防水、檢測(cè)、報(bào)警、排水等措施。

　　2）熱管型空調(diào)末端

　　熱管型空調(diào)末端換熱盤管中的制冷劑為氟利昂（或其他相變工質(zhì)），通過(guò)換熱器將冷水冷量換熱給相應(yīng)制冷劑，同時(shí)該換熱器也作為制冷劑的冷凝端，而換熱盤管即為其蒸發(fā)端，依靠制冷劑相變來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱。

　　熱管型空調(diào)末端的特點(diǎn)是冷水不進(jìn)入空調(diào)末端換熱盤管，按制冷劑是否需要?jiǎng)恿?lái)區(qū)分，可分為無(wú)動(dòng)力熱管型和有動(dòng)力熱管型。熱管型空調(diào)末端的冷凝端和蒸發(fā)端有一定高差，該高差引起的密度差若可以作為制冷劑相變循環(huán)的動(dòng)力，則該熱管型空調(diào)末端為無(wú)動(dòng)力熱管型空調(diào)末端；若不能，需增加輸配裝置氟泵，則該熱管型空調(diào)末端為有動(dòng)力熱管型空調(diào)末端。本文工程應(yīng)用中提到的為無(wú)動(dòng)力熱管型空調(diào)末端。

　　3）空調(diào)末端分類

　　將空調(diào)末端按照布置位置、冷媒類型組合后，便得到了表1的幾種空調(diào)末端形式。