数据中心空调系统节能研究

周平

（南京佳力图机房环境技术股份有限公司 江苏 南京 211111）

引言

数据中心市场的快速发展，随之产生的问题则是能源的大量消耗。对于数据中心，其能源消耗占比相对较大，基于国家控制能源增长总量的前提下，提高数据中心能源利用效率也成为突破发展的关键所在。基于相关试验得知，数据中心IT设备能耗占比超过50%，暖通空调能源占比超过40%，剩余则以配电系统能源为主。所以，对于空调体系，节能也成为重要的环节内容，务必重视运用科学可行的降耗节能措施，保证空调系统能源的有效节约，为数据中心稳定可靠运行提供可靠保障。

1 数据中心空调系统特点分析

1.1 供冷时间长，送风参数相对稳定

对于数据中心，机房负荷多以IT设备发热量为主，IT设备需保持连续不间断运行，即便冬季室外温度相对较低，机房模块内同样涉及到制冷环节，空间设备需保证连续供冷。针对数据中心，其他负荷相对较小，设备全年冷负荷并不会出现较大的起伏变化，所以，数据中心空调送风参数相对较为稳定。

1.2 显热大，潜热小

对于数据中心，机房运行主要以无人值守方式为主，室内不存在散湿源，新风比例同样相对较低。关于空调设备，其关键作用在于对室内显热进行有效控制，除湿负荷相对较小，热湿比趋于+∞。为使温湿度标准可以得到充分满足，空调系统也具备送风温差相对较小，送风量相对较大的特点。

2 数据中心空调系统节能措施

2.1 建筑布局与围护结构优化

对于数据中心，总平面图规划布局方面，需对全年自然通风加以科学合理利用，建筑朝向则需以地区最佳朝向或是接近最佳朝向为主，规避夏季期间最大日照朝向。同普通民用建筑相对比，数据中心位于夏、冬季节以及过渡季，需对散热加以重点关注和充分考虑。各不相同气候条件以及区域位置，数据中心围护结构热工性能存在相应的区别和差异，机房所处区域紧邻外围护结构的情况下，机房外围护诶狗所具有的热工性能，需基于全年动态能耗的具体趋势，对最优质的加以科学确定。对数据中心散热问题加以重点考虑的基础上，围护结构热工性能同样需达到避免室内出现揭露的严格标准要求。

2.2 自然冷却技术

对天然冷源加以合理运用，属于数据中心冷源节能降耗研究的关键内容。对于数据中心，若等级较低，室外温度低于某设定值的情况下，可对新风采取过滤处理，并直接送入机房，使机房内部空气温度可以明显降低，避免空调系统的长时间连续运行，使空调能耗可以得到减小。对于数据中心，若等级较高，为确保室内空气质量，严禁将新风直接送入机房，可通过免费制冷冷却塔以及热换器，待温度低于某设定值之后，室外低温冷却水进入到换热器冷却机房，以此形成冷冻水，实现免费制冷的目的。为保障系统安全性不受影响，免费制冷期间，应确保不少于1台冷水机组保持正常运行，达到安全运行负荷标准。确保安全的基础上，尽可能以免费制冷方式为主。假如，供水温度保持在12℃的情况下，室外温度保持为9℃的情况下，可运用免费制冷的方法。为防止免费制冷装置频繁启停，可以设置±2K动差，或是动差加延时，确保启停时间可以得到合理延长，使免费制冷量可以保持最大化。

2.3 高效冷源

对于数据中心，发热量相对较大，要求温湿度保持恒定，且连续不间断运行，所以，对空调系统有着较为严格的标准要求，如可靠性、风量与制冷量以及温差等。当前，数据机房所运用的冷源具体涵盖：①风冷精密空调。关于风冷精密空调，属于传统制冷解决方案的重要内容。单机制冷能力可以保持介于50-200kW，能效比相对较低，COP介于1.5-3.0。对于数据中心，若规模较大，则会涉及到室外机安装难度大、高温条件下制冷能力较差以及冷却盘管揭露等情况，所以，多适用于小型数据中心。②离心式水冷空调系统。对于数据中心，若规模较大，离心式水冷空调系统也成为科学可行的制冷解决方案。其优势特点在于，制冷量相对较大，系统能效比相对较高，COP介于3.0-6.0，稳定可靠的同事，系统额可调节范围相对较大。低负荷条件下，则存在着喘振的问题，所以，设计期间，需设置1台小型螺杆式水冷机组或是风冷水冷机组，以用于过渡。末端为主则以水冷精密空调为主，并以上送风方式为主，保证机房内部良好气流组织。

2.4 冷热通道封闭

为避免冷、热空气出现直接混合的情况，数据中心则会对冷、热通道封闭的方式。当前，主要以地板下送风，天花板上回风的方式为主，精密空调则位于单独设备间，机柜相对摆放冷热通道隔离，确保冷热通道封闭。当前，部分数据中心，则对热通道封闭技术加以合理运用，位于机柜后门位置，安装设计同天花板相连的热通道，节能效果较为显著。随着技术的创新发展，弥漫式送风方式随之出现，并获得实践运用。运用弥漫式送风方法的情况下，机房内部无需设置高架地板，机房热通道仍旧需保持封闭，精密空调处理之后的冷空气通道利用垂直送风夹道，平行送入到IT设备机房，并经过服务器升温作用获得热空气，进入到封闭热通道，经封闭吊顶回至精密空调机组，完成整体循环。寡欲弥漫式送风，其所体现出的优势特点具体涵盖：系统无需设置架空地板，为机房后期设置提供便利，且工程成本相对较低；运用冷热通道隔离，使冷热空气混流造成的能耗损失得到有效避免，以热通道封闭的方式，为后期巡检工作提供适宜的环境条件；运用送风夹道水平送风，使送风风机风压得到相应的将小，使风机功耗明显减少。

3 结论

综上所述，随着大数据技术与云计算等信息技术的创新发展，数据中心建设如火如荼，数据中心空调能耗向显著增加，节能降耗也成为广受关注的焦点。所以，务必对数据中心空调系统节能加以重点关注，运用科学可行的节能措施，使空调系统能耗可以得到显著降低，使空调系统可以发挥关键作用，为数据中心稳定可靠运行提供可靠保障。