绿色数据中心的空调选择 - 图文

第四章 绿色高等级数据中心的空调选择

和节能方案概述

4.1大型高等级(T3以上)数据中心如何选择空调方案

4.1.1 最新节能应用概述

1.数据中心能耗现状

云计算时代的数据中心，一方面要求数据中心保持高可用性特点，能高效地、安全地运营；另一方面，用户会尽可能要求数据中心降低能源消耗和运行成本；而且数据中心必须具备灵活的扩展能力，以应对多变的业务需求及未来的不确定因素。

欧洲尤其注重提高数据中心能源利用效率，优化IDC功耗利用效率(PUE)，热电冷联供、冰柜供冷、机柜供冷、自然冷却、热回收技术、磁悬浮变频离心等技术的较早采用，使欧洲数据中心成为最有可能最先达到优化PUE=L.2的理想境界的数据中心。如图4-1所示。

图4-1欧洲数据中心能效利用效率

下面我们就欧洲的一些冷源方面的节能技术应用做一个简单的介绍。 2.具有自然冷却的冷水机组

数据中心通常都需要常年不间断供冷，常规的制冷系统，室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组运行也需要照常运行。当室外温度较低时，我们完全可以利用冷空气直接冷却循环冷冻水，从而在冬季减少或完全不需要开启压缩机制冷即可为空调室内机

提供冷量，这种方法即为自然冷却方法(Free cooling)，有此功能的机组叫自然冷却机组。它与常规冷水机组最大的区别在于它帯有独特的凤冷自然冷却换热器，其运行优先利用天然环境的低温空气冷却循环冷冻水，可以实现无压缩机运行制冷，雅若节省压缩机的电耗。这种机组在夏季与常规空调一样，仍旧采用压缩机制冷。但是在过渡季和冬季，却能较少地消耗电能达到常规空调同样的制冷效果。在过渡季，当环境温度达到比冷冻水回水温度低两度或以上时，开启Free cooling自然冷却，利用冷空气的冷量预冷冷冻水，无需压缩机功耗；自然冷却不足部分，再由常规压缩制冷接力，从而减少了系统功耗，见图4-2。在冬季，完全靠FREE COOLING自然冷却冷却冷冻水，不需压缩机开启，只需少量风扇电耗，能效比高达20 以上，见图4-3。这样综合下来，通过自然冷却技术，在过渡季和冬季减少了压缩机工作时间和强度，有效降低了制冷功耗。跟常规的冷水机组相比，以北京纬度地区为例，常年节电达到3%～38%。

3.热回收技术利用

对于大型的数据中心，数据中心机房常年需要不间断的冷源，需要冷水机组高效制冷完成。而与数据中心配套的周边办公、运维和宿舍在冬季却同时需要大量的热量来解决供暖问题。热回收技术，如图4-4所示。

图4-4热回收技术

在常规的设计中，供暖需要锅炉或者热泵解决，这同样需要消耗大量的能源。新的热回收技术，免费利用制冷机组在制冷时候向环境中排放的冷凝热来加热供暖系统，从而不需要锅炉或热泵系统。在冬季需要供暖时候，系统回收冷凝热来实现，多余的冷凝热，仍旧排放到环境中去。由于实现制冷机组的冷热联供，综合能效比达到9～10，这是其魅任何冷机效事所无法比拟的。

采用这种热回收技术，一个数据中心的上万平方米的办公、运维和宿舍都可以实现免费供暖。热回收工作原理图如图4-5所示。

图4-5热回收工作原理图

4.高效磁悬浮变频离心冷水机组

磁悬浮离心压缩机代表冷当今最先进的压缩机技术趋势。

变频驱动的高效磁悬浮无油离心式压缩机。采用磁悬浮轴承技术，高性能脉宽调制(PWM) 永磁同步电机，其转速随负荷变化而自动调节，确保机组在各工况下始终处于最佳运行状态，使机组在满负荷及部分负荷时均能高效运行。冷热联供典型系统图如4-6所示。高效磁悬浮无油离心式压缩机如图4-7所示。

无油润滑磁悬浮轴承，无任何接触摩擦，无需润滑油系统，显薯增加机组可靠性，保养简单方便，无换热器油膜热阻，可提高燕发、冷凝换热效率达15M左右，提升离心机组运行效率。内置变频器，使压缩机在部分负荷下实现变速运行，电机转速和进口导叶优化控制，从而实现部分负荷时高效运行，减低运行费用i全新的软启动功能，降低机组启动电流至2安倍，减少对电网冲击。

机组具有当今最高的部分负荷效率，ESEER高达9.58，IPLV值达到10，无论在满负荷下，还是在部分负荷下，机组都有非常高的能效系数，从能实现系统节能。机组部分负荷时运行状态如图4-8所示。

图4-8机组部分负荷时运行状态

4.1.2 数据中心不同对空调选择和设计的影响

按规模，数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心，至还有迷你数据中心。从运营层面，数据中心可以分为企业自用数据中心、第三方托管数据中心。

我国在2008年制定的鬣电子信息系统机房设计规范分GB50174-2008，从机房可用性角度将电子信息机房定义为A，B，C三类，其中A类要求最高。见表4-1。

美国TIA 942标准与Uptime Institute的定义，将数据中心的可用性等级分为四级。见表4-2。

从表4-3可以看出，两个标准对于机房的可用性定义基本一致。数据中心空调系统的要求和配置也与机房的可用性等级直接相关。

在国内对数据中心环境要求最权成的标准为GB50174-20084电子信息系统机房设计规范》。标准规定了电子信息机房在不同区域的温湿度要求，主机房和辅助区采用标准规定的温湿度要求，基本的环境设计可按照标准附录A中的环境要求，参见表4-4摘录部分。而数据中心的支持区(不含UPS室)和行政管理区的温、湿度控制值应按现行国际标准GB500194采暖通风与空气调节设计规范势的相关规定。标准对不同等级的机房以及不同性质的机房的环境要求进行了划分。

表4-4不同机房等级的环境要求

标准《电子信息系统机房设计规范》还对机房的洁净度有要求：主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.50m的尘粒数，应小于18000粒。 美国的ASHRAE(美国暖通制冷空调工程师协会)发布的《ASHRAE

Environmental Guidelines for Datacom Equipment 2011》也对数据中心的环境进行了详细的规定和解释。ASHRAE在2011版本中推荐的温度范围为18～27℃，相比2004版本的20～25℃要求放宽了很多。放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候，可以减少机房制冷、加