韩 超(施耐德电气信息技术(中国)有限公司,上海200062)
企业数据中心制冷系统设计核心分析
韩 超
(施耐德电气信息技术(中国)有限公司,上海200062)
作为企业数据中心的关键子系统,制冷系统是企业数据中心正常运行的保障,同时也是数据中心进行绿色建设的实现手段,文章以企业数据中心指令系统的发展为出发点,对于系统的核心内容进行分析探讨提出作者的思考和观点,以期与对于数据中心的制冷系统设计提供理论指导。
数据中心;制冷系统;设计核心;分析
一般情况下,分为风冷型和水冷型,两者各有其优缺点、进行企业数据中心设计的时候,需要综合考虑建设的规模以及建造地,降耗目标以及维护的难易程度,风冷型制冷系统和水冷型制冷系统适用范围不同,针对小型的数据中心,大多采用前者,并且由于风冷型制冷系统具有独立的制冷回路,降低了成本的同时提高了系统的可靠程度,系统的日常维护量较小,系统采用电制冷,总耗能比较高,且很难利用节能手段;反之,大型的数据中心一般采用水冷型制冷系统,系统可靠性高,采用自然制冷,系统可进行节能较好的空间很大,但成本较高,所需的维护工作比较复杂,尤其是欠缺水资源的区域,该问题是一重大难关。
气流组织关系到制冷系统的制冷效率和IT设备制冷、节能降耗的效果,根据ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师协会)的最佳实践,综合企业的建筑条件,如果条件允许气流组织布置应如图1所示,布置机柜的冷热通道,采取下送风,上回风使用专门的吊顶装置。
图1 ASHRAE最佳实践中的气流组织形式
图1中所示的气流组织可以最大限度的减少冷热气流的混合,提供良好的气流隔离效果,对于提高制冷系统的制冷效率具有很重要的意义,采用这种气力组织布置形式需要对于下下几点进行慎重的考量。
首先,国标中对于架空地板高度进行了明确规定,不得低于40厘米,结合ASHRAE推荐的不低于60厘米的设计推荐,笔者建议针对大型的数据中心,应该将地板的高度定在90厘米以上以获得更加均匀的压力分布,在进行制冷系统的设计时也需要避免障碍物阻塞送风通道,若采用走线方式,需要把有关设备放置于热通道以下的地方。
第二、控制回风途径,设计时需要尽量将回风速度控制在相对较低的风速回到CRAC机组进风口,控制风速的方法一般是将回风层高度设置为架空地板的1.5倍到2倍之间,要注意回风流动的途径,在机柜顶部与上回风吊顶之间预留足够的空间,ASHRAE最佳实验推荐采用专门的回风吊顶,此外需要重视进风口的形式以及进风口的位置,应远离CRAC且方便根据回风量进行位置的调整。
针对功率较高的数据中心,在进行制冷系统的设计时,需要高密度以及局部热点的制冷能力,例如机柜功率超过15千瓦的时候,使用前述的气流组织布置会造成局部热点的产生,从而对IT设备的制冷效果造成不利的影响,一般采取的解决方法为,封闭传统设备模块中的两列机柜的冷热通道,通过这样形成的服务器POD进行冷热气流的严格隔离,提高制冷系统的制冷效率已消除局部热点,综合封闭热通道以及冷通道方法的优点以及缺陷,笔者认为,进行热通道的封闭较易实施,可靠性以及制冷范围稍占优势,对于机柜密度更大达到20千瓦到30千瓦之间,唯有采用水冷专用机柜或者就近制冷的方式进行解决。
大型数据中心往往采用水冷式制冷系统,利用自然制冷措施,便于节能降耗,管线长度不受限水的换热效率高,对于制冷系统的管线设计侧重工作在于管线路由以及防水措施,ASHRAE推荐的管线路由方式中可靠等级最高的线路路由方式为专用跨接支管的双端头回路,使用这种线路路由方式的可靠性高、但是成本也较高,对于制冷系统的管线设计主要考虑以下几个关键点。
首先,国内的数据中心建筑为多层结构,层高往往不能达到国外数据中心的高度,一般需要将层高定在6米以上。
其次,设计需要综合考虑IT模块区域以及空调设备区的挡水墙规格、支管管径以及排水能力,以免管线维修时造成IT设备进水损坏。
如前所述,制冷系统占整个数据中心能耗的38%之多,所以制冷系统的节能降耗空间较大,国际上的大型数据中心一般利用位置优势采用自然冷源以达到节能目的,此外,通过变频设备的使用来降低能耗,业界采用的自然冷却技术主要包括免费制冷以及新风制冷两种,新风制冷是一种空气处理系统,对满足条件的室外空气进行处理,将其中部分或全部空气用于制冷系统的冷源,这种方法对于数据中心的气候条件要求苛刻,所以在我国处于试验阶段,没有得到普及。
免费制冷主要利用寒冷的温度条件提供这冷系统的冷源,可以根据不同的依据分为多种连接方式,我国的大型数据中心一般采用的连接方式为间接串行连接,其优势在于对于提高制冷效果、保持水质具有重要的意义。
制冷系统的连续制冷能力是指,在进性制冷系统设计时考虑当数据中心的供电系统出现问题时,短时间内保证IT设备的正常运行,国外一般采取设置蓄冷罐和UPS供电来保障在备用电源未启动之前IT设备不会因为过热而停机,针对蓄水罐的设计一般选择较多,应该根据实际的情况选择合适的方法。
数据中心制冷系统设计选择众多,每种方案都各有其优点和缺陷,应该根据企业的实际情况进行谨慎的分析考量,在可靠性、经济性、灵活性以及节能降耗绿色建设的基础之上那个要充分地考虑到企业的设备布置和信息特点。
[1]王丽欣,常琳.高密度数据中心制冷空调系统设计[J].制冷技术,2015(01).