绿色数据中心的制冷系统节能方案

做过数据中心的暖通工程师在听到节能冷却模式的时候,首先想到的应该就是“风侧节能冷却”和“水侧节能冷却”
摘要

对于数据中心,制冷系统通常按照其满负载,高室外温度的最恶劣情况进行设计。当数据中心负载较少且室外凉爽时,系统必须降低功率以减少向数据中心供冷。然而,制冷机组的各种装置在这种情况下利用相当不充分并且工作效率极低。为了提高在这种情况下的工作效率,制冷装置经过改进,配置了变频调速驱动、分级控制或者其他功能。但是,仍然非常耗能。于是,工程师开始利用他们的知识与智慧,想法设法降低数据中心电力消耗,由此节能冷却模式应运而生。今天,我们就对数据中心的几种节能冷却模式进行一下总结。

做过数据中心的暖通工程师在听到节能冷却模式的时候,首先想到的应该就是“风侧节能冷却”和“水侧节能冷却”,这两个术语常被用来形容包含节能制冷模式的制冷系统。本期重点讨论风侧节能冷却模式。

1、直接风侧节能冷却模式

当室外空气条件在设定值范围内时,直接风侧节能冷却模式利用风机和百叶从室外经过过滤器抽取冷风直接送入数据中心。百叶和风阀可以控制热风排到室外的风量以及与数据中心送风的混合风量以保持环境设定温度。在与蒸发辅助一起使用时,室外空气在进入数据中心前需要先穿过潮湿的网状介质,在一些干燥地区,蒸发辅助可以使温度降低高达十几摄氏度,充分延长节能冷却模式的可用时间。

需要注意的是,这种类型的节能冷却模式在结合蒸发辅助使用时会增加数据中心的湿度,因为直接送入数据中心的新风会先经过蒸发环节。所以蒸发辅助在干燥气候环境下优势最大。如果是较为潮湿的天气环境,则应结合投资回报率评估是否使用蒸发辅助,因此所额外消耗掉的能源可能会抵消节能冷却模式所节能的能源,得不偿失。另外,此种的节能模式尽管送风已经经过过滤,但是并不能完全消除微粒,比如防止烟雾和化学气体,进入数据中心。

2、间接风侧节能冷却模式

当室外空气条件在设定值范围内时,间接风侧节能冷却模式利用室外空气间接为数据中心制冷。板换热交换器、热轮换热器和热管是三种常见的隔离技术,可隔离室外湿度的影响并防止室外污染物进入IT 空间。在这三种技术中,板换热交换器在数据中心中的应用最为普遍。

基于空气热交换器的间接节能冷却方法使用风机将室外冷风吹到一组板换或盘管上面,冷却穿过板换或盘管的数据中心内的热空气,将数据中心内的空气与室外空气完全隔离。这种类型的节能冷却模式也可以与蒸发辅助结合使用,向板换或盘管的外表面喷水以便进一步降低室外空气的温度,从而冷却数据中心内的热回风。与直接新风节能冷却模式不同,蒸发辅助不会增加IT 空间内的湿度,但需要补充少量新风。

热轮换热器技术利用风扇通过一个旋转的热轮,利用室外的冷风间接对数据中心内的热回风进行冷却。

热管技术通过一套热管,利用风扇将室外冷风吹过热管,对热管内的流体进行冷却,被冷却的管内流体再去冷却数据中心内的热回风。

这两种技术均可保持数据中心内的湿度条件,并能防止污染物进入数据中心。另外,两种技术均可使用蒸发辅助,以进一步冷却室外空气并延长节能冷却时间。

直接和间接风侧节能冷却模式均有各自的优缺点。在选择时应对其优势以及相关成本、风险和地理位置、IT 环境设定值等因素进行权衡比较和分析。理想的节能冷却模式可充分利用各种外部环境条件来最大化节能冷却模式的运行小时数,并拥有最低的运行和投资成本,同时伴随最小的数据中心可用性风险。