數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷與節(jié)能技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的企業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)于數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的需求也快速提升，相繼建設(shè)了很多的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心從10多年前100-200w·m-2到如今發(fā)展到1000w·m-2甚至更高，機(jī)房密度的提高使得數(shù)據(jù)中心的耗能成為一個(gè)越來越重要的課題。

　　自從GREENGRID組織提出用PUE來衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能要求，越來越多的國(guó)內(nèi)建設(shè)方在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心時(shí)對(duì)于PUE值有了要求，PUE是Power Usage Effectiveness的簡(jiǎn)寫，是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個(gè)比率，越接近1表明能效水平越好，本文將從幾個(gè)方面介紹提高空調(diào)能效，降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)耗能的方法用以獲得較低PUE值可以采取的一些措施。

　　冷源

　　數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷源一般有風(fēng)冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷或風(fēng)冷冷凍水空調(diào)系統(tǒng)、雙冷源空調(diào)系統(tǒng)等空調(diào)系統(tǒng)。從節(jié)能的角度來說，使用風(fēng)冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，PUE不可能小于1.8，通常在2.0以上，在規(guī)模較大，可以設(shè)置集中冷源的情況下，能效比高的水冷冷凍水系統(tǒng)是首選。

　　當(dāng)電機(jī)功率功率超過500kw的情況下，可采用6kv或者10kv電壓供電，可提高運(yùn)行效率，在選擇機(jī)組時(shí)選用COP值高的機(jī)組，同時(shí)也要考慮機(jī)組的部分負(fù)荷綜合性能系數(shù)(IPLV)。冷水機(jī)組采用變頻能取得較好的部分負(fù)荷綜合性能系數(shù)，使得機(jī)組的高效區(qū)域更大。在非額定工況時(shí)，變頻式離心冷水機(jī)組將導(dǎo)流葉片控制與變頻控制有機(jī)結(jié)合，共同控制壓縮機(jī)。冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度對(duì)于機(jī)組效率也有著影響，粗略估計(jì)蒸發(fā)溫度每提高0.6度，效率增加1%-3%，因此采用較高的蒸發(fā)溫度效率比一般供回水7℃/12℃效率高。

　　如果可以提高末端送風(fēng)溫度，我們就可以使用更高的蒸發(fā)溫度，這樣可以使得效率進(jìn)一步的提高。而對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的耗能來說，冷水機(jī)組的能耗所占比重最大，把冷水機(jī)組的用電量降下來對(duì)于提高整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的效率有著很大的幫助。

　　而采用水系統(tǒng)帶來的安全問題，例如水系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)：雙管路或環(huán)形管路，事故應(yīng)急泄水，供水保障：多水源供應(yīng)以及蓄水池，也是需要我們考慮，本文不作展開。

　　如果以供水溫度為12度來看，在室外濕球溫度9℃左右時(shí)即可使用冷卻塔免費(fèi)制冷，根據(jù)上表統(tǒng)計(jì)：在此溫度范圍內(nèi)，上海地區(qū)全年可完全使用免費(fèi)制冷的時(shí)間達(dá)2901小時(shí)相對(duì)于水側(cè)的免費(fèi)制冷，還有一種風(fēng)側(cè)的免費(fèi)制冷，是指利用室外的空氣，可以在室外焓值低于室內(nèi)焓值的全部時(shí)間進(jìn)行自然冷卻，但是在數(shù)據(jù)中心采用水側(cè)免費(fèi)制冷時(shí)沒有必要再采用風(fēng)側(cè)免費(fèi)制冷，理由有以下幾點(diǎn)：

　　一、使用風(fēng)側(cè)免費(fèi)制冷將會(huì)占用很大的室內(nèi)空間。

　　二、風(fēng)側(cè)免費(fèi)制冷需要大量的室外空氣，如果室外空氣質(zhì)量不是很好將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行壽命減少。

　　三、用于加濕和減濕的能量將會(huì)很大，采用風(fēng)側(cè)免費(fèi)制冷所獲得節(jié)能效應(yīng)和這些能量的消耗相比也相差不多，同時(shí)將使室內(nèi)的濕度控制更復(fù)雜。

　　四、風(fēng)側(cè)免費(fèi)制冷和水側(cè)免費(fèi)制冷在使用時(shí)間上有重疊，所以在多出不多的使用時(shí)間的情況下，同時(shí)采用的意義不大。

　　免費(fèi)制冷時(shí)間的長(zhǎng)短很大程度決定PUE值中空調(diào)耗能的大小，而從上圖中可以看出免費(fèi)制冷受到室外環(huán)境的影響也很大，對(duì)于中國(guó)北方以及長(zhǎng)江流域大部分地區(qū)來說，都能很好的采用免費(fèi)制冷，在東北等嚴(yán)寒地區(qū)，采用免費(fèi)制冷的時(shí)間更長(zhǎng)，使得PUE中空調(diào)耗能的因子能做到0.2左右，以獲得更低的PUE值。這一點(diǎn)很值得我們建設(shè)方在數(shù)據(jù)中心選址中加以注意，在考慮經(jīng)濟(jì)、地理等因素時(shí)，也可以考慮氣候環(huán)境對(duì)于今后數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本的影響。

　　免費(fèi)制冷與冷凍機(jī)制冷的切換

　　當(dāng)室外免費(fèi)制冷不能完全滿足數(shù)據(jù)中心的需要時(shí)，將開啟制冷機(jī)組制冷，但此時(shí)室外的溫度低于15度，無(wú)法滿足冷水機(jī)組所需要的冷凝溫度，而采用電加熱等方式既不節(jié)能，又沒有這么大的電量來滿足，此時(shí)只需要在系統(tǒng)中加入一路旁通，使經(jīng)過板式熱交換器后高于15度的回水不回到冷卻塔而是進(jìn)入冷水機(jī)組就能解決這一問題，隨著室外氣溫的增加，冷水機(jī)組逐臺(tái)開啟，免費(fèi)制冷熱交換器逐臺(tái)關(guān)閉，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)槔渌畽C(jī)組供冷。

　　冷凍水側(cè)熱回收

　　考慮數(shù)據(jù)中心全年制冷的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行熱回收是非常有必要的，在蒸發(fā)側(cè)或者冷凝側(cè)均能采用熱回收技術(shù)，如在倫敦Telehouse West數(shù)據(jù)中心利用服務(wù)器產(chǎn)生的熱量為附近的住宅提供暖氣服務(wù)。該數(shù)據(jù)中心及其配套設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目投資達(dá)1.8億美元，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目能為數(shù)據(jù)中心周邊13萬(wàn)平方英尺范圍提供相當(dāng)于900萬(wàn)瓦的能量，并相對(duì)減少1100噸二氧化碳放。

　　蒸發(fā)側(cè)的熱回收可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的水環(huán)的環(huán)路來實(shí)現(xiàn)，例如當(dāng)冷凍水系統(tǒng)供回水溫度為12-17度時(shí)，冬季及過渡季節(jié)將冷凍水回水經(jīng)過一個(gè)熱交換器和生活熱水給水交換，預(yù)加熱生活區(qū)生活熱水的給水，簡(jiǎn)單的接管且對(duì)于系統(tǒng)沒有任何影響。冷凍機(jī)組等設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備.冷凝側(cè)的熱回收可以通過選用熱回收機(jī)組來實(shí)現(xiàn)，但是需要對(duì)于熱回收機(jī)組的效率以及系統(tǒng)的安全性有個(gè)評(píng)估，在能保證效率及安全的情況下，對(duì)于系統(tǒng)的節(jié)能也有著很大的益處，可以作為熱回收的首選措施。