數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)分析

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近年來(lái)，綠色發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的理念逐漸在眾多行業(yè)領(lǐng)域中得到滲透和發(fā)展，成為提升發(fā)展綜合效益的重要方式。正因?yàn)槿绱?，越?lái)越多的主體在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中積極探索能夠?qū)⒐?jié)能技術(shù)運(yùn)用到特定環(huán)節(jié)中的方法。數(shù)據(jù)中心作為一套復(fù)雜的設(shè)施，不僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與之配套的諸如通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，同時(shí)，還包括保證數(shù)據(jù)中心持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。相關(guān)研究表明，數(shù)據(jù)中心中的制冷系統(tǒng)是整個(gè)中心中耗電量最大的部分，其所占數(shù)據(jù)中心總耗能的30%~45%。在當(dāng)前節(jié)能環(huán)保理念深入發(fā)展的情況下，如何將節(jié)能技術(shù)充分應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)之中，降低制冷系統(tǒng)的能耗，是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃建設(shè)中重點(diǎn)考慮和解決的問(wèn)題，也是影響數(shù)據(jù)中心建設(shè)效益的重點(diǎn)所在。調(diào)查顯示，目前我國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的制冷系統(tǒng)通常采用自然冷卻技術(shù)、雙冷源分布式熱管背板冷卻技術(shù)或者熱交換器來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行制冷，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的空調(diào)氣流，達(dá)到制冷兼具節(jié)能的效果，對(duì)這些數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)中常用到的制冷節(jié)能技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用性的分析，以豐富數(shù)據(jù)中心制冷中節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用研究。

1數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用概述

就目前數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，常用的系統(tǒng)主要包括自然冷源模式和主動(dòng)制冷模式兩種類型，其中前者是指利用自然環(huán)境中的溫度傳遞功能來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心溫度的調(diào)整，而主動(dòng)制冷模式主要是借助一系列的制冷設(shè)備來(lái)主動(dòng)地干預(yù)數(shù)據(jù)中心的溫度，使中心的溫度保持在合理的范圍內(nèi)。隨著現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心建設(shè)數(shù)量和規(guī)模的擴(kuò)大，以及外部環(huán)境復(fù)雜程度的提升，利用風(fēng)側(cè)冷卻技術(shù)來(lái)制冷的方式逐漸不適應(yīng)數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能的要求，但該技術(shù)在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)使得在特定情況下仍然被使用。數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用一般是指制冷節(jié)能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心自然冷源的使用、數(shù)據(jù)中心空調(diào)氣流的優(yōu)化、數(shù)據(jù)中心空調(diào)功效的提高、數(shù)據(jù)中心高功率高密度機(jī)柜局部熱點(diǎn)的解決等方面的實(shí)際應(yīng)用，其中自然冷源是指在不啟動(dòng)壓縮機(jī)的制冷功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)將室外自然存在的低溫空氣引入到數(shù)據(jù)中心，從而實(shí)現(xiàn)直接或者間接制冷降溫目的的方式，而這種制冷方式可以有效地降低能耗，是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心制冷中最為主要的節(jié)能技術(shù)。

2數(shù)據(jù)中心常用的制冷節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

2.1水側(cè)節(jié)能技術(shù)。水側(cè)冷凍系統(tǒng)是通過(guò)室外環(huán)境來(lái)降低數(shù)據(jù)中心溫度的效果，主要是通過(guò)室外環(huán)境來(lái)供給數(shù)據(jù)中心的冷水，這種技術(shù)在不耗費(fèi)制冷能源的情況下，將水冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟?。一般而言，水?cè)冷凍系統(tǒng)主要由冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵以及通冷凍水型專用空調(diào)末端構(gòu)成，該系統(tǒng)主要采用集中式的冷源，系統(tǒng)中的冷水機(jī)組的制冷效率高，并且冷卻塔的放置位置靈活，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音也偏小，并且在規(guī)?；褂脮r(shí)還可有效地節(jié)省建造和維護(hù)成本。在水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)中，冷水機(jī)組系統(tǒng)上安裝有附加風(fēng)扇的換熱器，當(dāng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行環(huán)境中的溫度可以通過(guò)制冷的方式實(shí)現(xiàn)散熱的目的時(shí)，節(jié)能系統(tǒng)就會(huì)切換到以換熱器為主的模式，并對(duì)環(huán)境中的溫度進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)數(shù)據(jù)中心外界的環(huán)境溫度達(dá)到所設(shè)置的范圍時(shí)，水冷機(jī)組的制冷功能會(huì)進(jìn)入暫停狀態(tài)，水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能功能將會(huì)啟動(dòng)。在水側(cè)節(jié)能系統(tǒng)中，水的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)因?yàn)榫哂懈嗫晒╈`活選擇的功能，并且受數(shù)據(jù)中心環(huán)境性因素的影響偏少而成為數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中使用比較多的技術(shù)系統(tǒng)。雖然也有些企業(yè)在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中使用地?zé)嵯到y(tǒng)來(lái)對(duì)疏散中心的熱量，但這種散熱系統(tǒng)的效果在散熱的持續(xù)性和節(jié)能性等方面要明顯地弱于水的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。2.2風(fēng)側(cè)自然冷卻節(jié)能技術(shù)。所謂的風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)是指數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，室外空氣直接通過(guò)濾網(wǎng)或間接通過(guò)換熱器將室外的空氣冷量帶入數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)，進(jìn)而對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行降溫的冷卻技術(shù)。與水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)相比，風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的節(jié)能效果更加直接和明顯，該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)減少能量之間的轉(zhuǎn)換和傳遞環(huán)節(jié)，從而避免不必要的能量損耗，提升數(shù)據(jù)中心制冷的效果。在技術(shù)層面，風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了冷源與負(fù)荷中心的直接接觸，使得系統(tǒng)運(yùn)行不再依賴于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的制冷機(jī)組的輔助降溫，從而減少數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的能耗。風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的原理決定了其更多地是借助外界環(huán)境中的冷溫空氣向數(shù)據(jù)中心傳送的方式來(lái)達(dá)到熱量交換和冷卻的效果，這就決定了數(shù)據(jù)中心的位置要符合長(zhǎng)期持續(xù)性冷空氣的標(biāo)準(zhǔn)，否則就會(huì)制約自然冷卻的效果。因此，風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)通常會(huì)在高緯度地區(qū)應(yīng)用。而我國(guó)大部分地區(qū)的全年平均氣溫在20℃以下，這一溫度分布特點(diǎn)為風(fēng)側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的運(yùn)用提供了自然性的優(yōu)勢(shì)條件。當(dāng)然，風(fēng)側(cè)自然冷卻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用除了與數(shù)據(jù)中心所處環(huán)境中的溫度和濕度有關(guān)以外，還與室外的空氣質(zhì)量有著直接性的關(guān)聯(lián)，如果空氣質(zhì)量偏差，勢(shì)必會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，造成系統(tǒng)整體功能弱化。例如我國(guó)華北地區(qū)的空氣污染情況比較嚴(yán)重，大氣中的水分、污染物以及氧氣等成分會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備中的金屬元器件產(chǎn)生較大的腐蝕作用，同時(shí)也會(huì)使設(shè)備中的非金屬元素加速老化，對(duì)設(shè)備造成永久性的損壞。因此，在實(shí)際的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用過(guò)程中，除了要考慮風(fēng)側(cè)節(jié)能系統(tǒng)在將主系統(tǒng)的熱負(fù)荷進(jìn)行疏散、制冷的優(yōu)勢(shì)以外，還要根據(jù)數(shù)據(jù)中心所處的地理環(huán)境情況來(lái)進(jìn)行綜合性的分析權(quán)衡。

3數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)應(yīng)用需要注意的問(wèn)題

在現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中，節(jié)能是基本的準(zhǔn)則，而這種節(jié)能是在保持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)行新?tīng)顟B(tài)最佳化的前提下實(shí)現(xiàn)的。雖然技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)中心制冷的技術(shù)有了明顯的改善和提升，制冷的效果也更明顯，但在系統(tǒng)中引入節(jié)能技術(shù)的過(guò)程中，需要注意一些基本的問(wèn)題，避免給數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行埋下隱患。3.1數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用要注意因地制宜。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的分析可以看出，相關(guān)的節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的使用對(duì)外界環(huán)境的要求相對(duì)比較高，并且環(huán)境因素相對(duì)比較多，這就使得數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定性容易受到影響。因此，在選擇節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，要針對(duì)數(shù)據(jù)中心外界環(huán)境狀況進(jìn)行靈活的選擇。同時(shí)，在相關(guān)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，要注意對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和干預(yù)，保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的整體合理性。3.2數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中要充分考慮安全性。安全是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃、建設(shè)以及使用過(guò)程中高度關(guān)注的問(wèn)題，在制冷節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，除了要考慮節(jié)能效果以外，還要對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行的安全性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題進(jìn)行必要的預(yù)防，避免諸如火災(zāi)等意外事件的出現(xiàn)。同時(shí)，要注意對(duì)節(jié)能設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)，避免設(shè)備運(yùn)行中可能出現(xiàn)的安全隱患。3.3數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用要注意綜合效益。在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中，之所以使用制冷節(jié)能技術(shù)，是為了保證相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的最佳化，使這些設(shè)備能夠發(fā)揮出盡可能大的價(jià)值。因此，在節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，要從數(shù)據(jù)中心整體運(yùn)行的角度出發(fā)對(duì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免過(guò)分追求節(jié)能效益而造成數(shù)據(jù)中心運(yùn)行效益的下降。

4結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化信息技術(shù)的深入、廣泛應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心建設(shè)的需求量呈現(xiàn)出了明顯的增長(zhǎng)，大量數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)雖然滿足了多樣化的需求，但也增加了數(shù)據(jù)中心建設(shè)中技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的難度。在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)中，確保相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的最佳化是必須優(yōu)先考慮的問(wèn)題。而在數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中，如何在節(jié)能的同時(shí)保持系統(tǒng)、設(shè)備整體運(yùn)行效果的最大化則是當(dāng)前重點(diǎn)關(guān)注和解決的難題。雖然不同節(jié)能技術(shù)表現(xiàn)出差異明顯的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，但在實(shí)際的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃過(guò)程中，要充分考慮實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行科學(xué)選擇和嚴(yán)格論證，確保數(shù)據(jù)中心制冷節(jié)能技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。

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作者:于江濤 單位:華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司