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PowerUsageEffectiveness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)：

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

2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。

3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。

4.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 TelehouseWest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13萬平方英尺范圍提供相當(dāng)于900萬瓦的能量，并相對(duì)減少1100噸二氧化碳排放。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。

空調(diào)末端

一般IT機(jī)房

一般來說數(shù)據(jù)中心空調(diào)末端(CRAC)的能耗主要由風(fēng)機(jī)及電加熱等組成，除濕則通常由冷卻盤管來完成，如果除濕需要較低的溫度時(shí)，則空氣就會(huì)過 冷需要再熱，而再熱就浪費(fèi)了能量，因此對(duì)于空調(diào)末端節(jié)能，首先除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)避免在低負(fù)荷工況下再熱。除了合理的設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度以外我們還可以采用獨(dú)立溫濕 度控制的系統(tǒng)來解決再熱，從原理上講如果房間能保持正壓，新風(fēng)系統(tǒng)能夠除濕后送入室內(nèi)，而數(shù)據(jù)中心一般內(nèi)部沒有濕源存在，那么房間內(nèi)的絕對(duì)濕度是能夠保證 的。(根據(jù)ASHARE2008的最新報(bào)告，影響數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備的空氣水含量指標(biāo)，是絕對(duì)濕度，而不是以前強(qiáng)調(diào)的相對(duì)濕度，只要露點(diǎn)溫度控制在5.5°C 以上，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備都可以保證安全，避免靜電的危害。)因此我們IT機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置專用的定制精密空調(diào)(不設(shè)置電加熱和加濕器)，新風(fēng)系統(tǒng)采用如下功能段 的機(jī)組來解決新風(fēng)的除濕，只要新風(fēng)做好送風(fēng)露點(diǎn)溫度控制，那么所有精密空調(diào)無需電加熱以及加濕器，大大減少了運(yùn)行費(fèi)用和裝機(jī)費(fèi)用。

此外我們可以將送風(fēng)溫度提高，一般來說如果送風(fēng)溫度提高到20度時(shí)，冷凍機(jī)組的供水溫度可以做到12度以上，一直以來，提高數(shù)據(jù)中心進(jìn)氣溫度都 是全球數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，因?yàn)楦叩臄?shù)據(jù)中心進(jìn)氣溫度意味著更多的節(jié)能潛力，而且氣候條件可以支持的免費(fèi)制冷小時(shí)數(shù)也將增加。更好的節(jié)能效果則會(huì)直接降 低能耗。

高密度IT機(jī)房

隨著數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理速度提高，容量不斷提高，數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)熱量(冷負(fù)荷)不斷增大;而前者所述的冷卻系統(tǒng)有一定的局限性，即當(dāng)機(jī)架散熱量 達(dá)到4kw以上時(shí)，僅用上述冷卻方式已難以解決散熱問題。在此我們介紹一種解決方案，具體就是首先完全封閉熱通道，然后在正對(duì)熱通道的兩側(cè)機(jī)房設(shè)置風(fēng)墻式 AHU，這樣的設(shè)備風(fēng)機(jī)耗能小，單體制冷量大且冷凍水或冷媒水完全無需進(jìn)入高密度機(jī)房?jī)?nèi)。常規(guī)工程常采用CDU(液體冷卻分配器)方式來解決高密度機(jī)房供 冷問題，CDU有著成熟的產(chǎn)品以及成功的應(yīng)用。

本文介紹的風(fēng)墻式AHU的好處有以下幾點(diǎn)，旨在挖掘是否還有節(jié)能的潛力。

1.如果采用冷凍水管進(jìn)入室內(nèi)CDU的末端，冷凍水管的破裂損壞將給機(jī)房帶來毀滅性的影響。

2.如果采用熱交換器的方式，讓冷凍水與冷媒管交換后只有冷媒管進(jìn)入高密度機(jī)房，此時(shí)的冷媒管溫度也非常的低，雖然避免了第一點(diǎn)冷凍水管破裂所帶來的巨大危險(xiǎn)，但是低溫冷媒管所帶來的冷凝水問題也是要重點(diǎn)考慮的。

3.熱交換的方式會(huì)有能量損失。

4.封閉熱通道大大減少冷熱空氣混合的能量損失。

綜上所述，減少熱交換的能量損失，并可以提高安全性，對(duì)于高密度機(jī)房空調(diào)來說，也是一種節(jié)能的新措施手段。

結(jié)語

綠色節(jié)能是數(shù)據(jù)中心的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，PUE因?yàn)榕c免費(fèi)制冷時(shí)間等因素有較大的關(guān)系，其本身也是一個(gè)區(qū)域性的指標(biāo)要求，但是利用這個(gè)指標(biāo)來衡量數(shù) 據(jù)中心節(jié)能狀況還是非常清晰明確的。例如上海地區(qū)大多建設(shè)方在標(biāo)書中就會(huì)要求把PUE值控制在1.6以內(nèi)，用以控制建筑設(shè)計(jì)中對(duì)于節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

最后總結(jié)下，在空調(diào)系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排并獲得較低的PUE值，可以采取的措施有以下這些。

(1)采用水冷的機(jī)組，并盡量提高蒸發(fā)溫度及采用變頻機(jī)組。

(2)選用高效率的設(shè)備，以及采用高效率的輸配系統(tǒng)

(3)盡量延長(zhǎng)冷卻塔免費(fèi)制冷的時(shí)間以及采用熱回收等節(jié)能措施。

(4)合理的機(jī)房冷熱通道布置以及高效的空調(diào)末端系統(tǒng)。

(5)避免空調(diào)末端因?yàn)槌凉穸a(chǎn)生的冷熱抵消，采用獨(dú)立溫濕度空調(diào)也是一種可以采用的手段。

文章來源：精密空調(diào)