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数据中心空调系统节能技术分析
摘要:随着全国数据中心建设数量急速增加,数据中心的用电量占全社会用电量的1.5%以上,已经引起人们关注,国家也已提出绿色数据中心建设试点工作的要求,推动我国数据中心行业节能减排,降低能耗。空调系统作为数据中心第二大能耗系统,不管方案设计还是日常维护中,做好空调系统节能工作,能够有效降低数据中心的能耗,减少数据中心的运营成本,使其可持续绿色运营。
关键词:数据中心;空调系统;节能分析
数据中心是在计算机信息技术的高速发展下产生的,是数据集成的一种展现,集成了电力、空调暖通、IT等设备,形成数据处理中心,能够对海量数据进行处理和存储、分析。随着社会信息化的快速提高,越来越多网络应用架设在云端,承载数据集成的数据中心如雨后春笋般的拔地而起。随着大量数据中心投入运营,数据中心的能耗问题已经凸显,根据有关数据统计,数据中心年耗电量已超过全社会用电量的1.5%,引起人们极大的关注,考虑怎样做好数据中心的节能工作已经非常重要,本文主要通过对数据中心空调系统节能进行研究分析,降低数据中心的能耗。
一、数据中心机房环境要求
数据中心主要是给服务器、存储等设备提供一定的运行环境,服务器等设备均是处于全年不间断运行中,对于运行环境要求非常,涉及温度、湿度和空气洁净度。一般机房机柜区域或冷通道温度设置在24℃左右,湿度40%到65%,空气洁净度要求每立方空气中大于或等于0.5μm的悬浮粒子数少于1760000粒,如果空气中存在的硫化物、氮氧化物以及腐蚀性气体也会对于服务器等设备产生非常大的伤害。
二、数据中心空调系统介绍
数据中心空调冷源系统种类有多种,根据不同的需求选择最合适空调冷源形式。数据中心空调系统根据空调冷源的不同分为风冷机房空调系统、水冷机房空调系统、乙二醇冷机房空调系统、冷水空调系统、双冷源空调系统。大部分数据中心的空调系统采用风冷机房空调系统和冷水空调系统。
三、数据中心空调的节能措施分析
随着数据中心的发展,机柜功率密度越来越高,从3KW、4KW、6KW,甚至10KW以上,还可能更高,服务器安装非常密集,散热量越来越大,能耗也随之越来越高,数据中心节能工作越来越凸显重要。数据中心除IT第一大能耗外(占50%以上),空调系统为第二能耗系统(占到38%左右),在非IT设备中占绝大部分,所以空调系统的节能是数据中心的节能核心,是降低数据中心能耗的重要途径,是数据中心节能最大潜力所在。通过以下多种手段提高空调系统的能效,降低能耗,从而做好数据中心节能工作,降低数据中心的PUE值。
3.1利用自然冷源
自然冷源主要是借助室外自然界的一些低温冷源来冷却机房,例如冷空气、冷水(冰水)等免费的冷源。空调主机的能耗一般能占到空调系统能耗的56%,通过自然冷却停止或减少数据中心空调主机的运转,可以大幅降低空调系统的能耗,空调全年运行能效比显著提高,节能效果非常明显。一般情况下所使用的方式有风侧自然冷源和水侧自然冷源。风侧自然冷源是指利用室外新风自然冷却,将利用室外的低温空气,通过新风和回风比例调整,经过过滤系统处理之后引入到数据机房内部,实现通信设备的制冷。我国北方室外空气温度低于15℃时间占全年小时数50%以上,例如北京占55%,哈尔滨占70%,非常适合使用自然冷却技术。水侧自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷却,例如阿里巴巴位于浙江千岛湖的数据中心因地制宜采用湖水制冷,深层湖水通过完全密闭的管道流经数据中心,帮助服务器降温,制冷能耗节省超过8成。蒸发冷却技术分类
3.2良好的空调气流组织形式
数据中心气流组织形式是影响空调系统节能的重要因素,冷气流动过程中的阻力越小,冷风和热风气流隔离的越好,冷量损耗的就越小,空调主机运行效果就越高,能效比越好。但经常是因为空调气流组织设计不合理或未经过CFD软件仿真测试,造成了冷气流的利用率低,使得空调系统能耗浪费。数据中心常见的空调气流组织形式有三种,分别为房间级气流组织,行级气流组织,机柜级气流组织。房间级气流组织一般采用架空地板,下送风,冷通道封闭,侧回风方式。架空地板起到静压箱的作用,通过冷通道里的开孔地板进入机柜前面板,穿过机柜从后面板出风,再通过回风百叶窗回到空调间,进入末端空调,形成风路。采用此方式能够获得可靠和均匀的冷却气流分布,隔离了冷热气流,能够有效回风,提高了空调系统的制冷效率,降低了空调系统的能耗。
3.3采用变频设备
数据中心的冷水机组能耗是跟随末端IT负载和室外环境温度的变化,特别是大中型数据中心,业务上架也不是一步到位,需要经过几年的过程,冷水机组大部分时间运行在非工况情况下,通过使用变频冷水机组,每年可节省20%左右的能耗,同时水冷系统中冷冻水泵、冷却水泵、机房里的末端空调EC风机均使用变频设备,可以实时根据IT负载的情况自动调整,能够节约大量的冷量
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