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數據中心制冷基本原則及節能方案

  【中國制冷網】每個數據中心都有自己的特點,因而也沒有什么可以完全套用于任何一個數據中心的技術方案。本篇文檔主要討論在數據中心制冷節能方面的一些基本原則和技術問題。在此基礎上,每個不同的數據中心可以做出自己的節能方案。

  但是這種假設有下面的不確定因素:

  1、機房空調沒有使用可變量(VAV)風扇的情況下,空調的制冷效率決定干空調機的數尺。隨著每機柜的熱密度大大提高,按照相識定律(*注2)得出,匹配式制冷系統的效率并不能顯著提高。

  2、匹配式制冷系統是傳統數據中心熱交換過程中額外的一個步驟。這個步驟加在數據中心冷卻水循環和水冷機組冷卻水循環之間的,因此提高送風溫度并不能提高水冷機組的制冷效率和增加自然冷卻的時間。

  3、根據達西·魏斯巴赫理論,水管的長度和容積會降低水管內的壓力,所以這些管道會大大影響數據中心內的空調機的制冷效率和減少自然冷卻的時間。

  4、當把冷送風和熱回風徹底隔離之后,匹配式制冷系統能夠提供相當干機房空調機在冷水節能器相同的自然冷卻的時間。但是在空氣節能器或熱交換轉輪節能器是不能有著相同的自然冷卻時間。而這兩種節能器都是目前世界上廣泛被使用的節能器。

  可持續的數據中心節能改進項目應從如下幾點考量:

  1、在等級1的數據中心中可以使用精確匹配式制冷系統,但必須使用可調節風旦風扇來滿足服務器的熱密度。但在等級2的數據中心應避免使用。比如在數據中心內,有些機柜的熱負載為60%,有些為80%,而另外的為30%。這時,匹配式制冷系統的風量為(.603,.803and.303),綜合下來這些風扇的平均的效率只有25%左右。

  2、在考慮并發性的冗余和無停機維修性時,我們需同時考慮空調機的制冷效率和冗余條件。比如在熱負載為120噸的數據中心內,N十Z的冗余標準下我們配備6臺30噸的空調機。相比之下,當我們只開其中4臺空調機時,6臺全開時的每臺空調機只使用了67%的送風或30%的能源使用率。比起只開4臺空調時的100%的使用率,全部6臺空調全開時全部空調45%的送風效率或每臺只用了30%的送風效率。按照相識定律,我們大大浪費了能源。

  3、精確匹配式制冷系統將制冷系統和機柜緊密相連,我們不得不考慮它的冗余性能和維護性。我們必須安裝一套獨立的備用匹配式制冷系統或安裝獨立的機房空調系統以備不時之需。

  4、當使用密閉冷通道等手段來制冷時,為了達到冗余的桔求,我們必須將機房空調機加在UPS上。這是我們需考慮UPS的可操作性和效率。

  精確匹配式制冷和隔離冷送風/熱回風一樣有著節能的效果,可以減少冷風浪費現象并通過加大熱回風的溫度來提高空調機的制冷效率。在使用變頻空調和可調節風量風扇時,我們可以利用相識原理來節省能源的使用。此外,我們需盡可能的使用自然冷卻來獲得最大的能源節省。精確匹配式制冷和隔離冷送風/熱回風這兩種方式都在使用冷水節能器時,獲得巨大的節能效應。但是在使用空氣節能器或熱交換轉輪時,隔離冷送風/熱回風的方式則有著更大的優勢。綜上所述,節能與否取決于溫差,管道的設計,冷卻器和蒸發器的設計和流三等等因素決定,所以最終我們必須全面的考三一個有持續發展性的需求并且綜合考呈每一個元素。

  1、按布置位置分類

  根據布置位置的不同,可將空調末端分為房間級、列間級和機架級。

  1.1 房間級空調末端

  房間級空調末端主要為機房專用空調末端,設置形式為在機房的一側或兩側設置專門的空調區域,其內布置機房專用空調末端??照{末端送風方式可分為下送風和上送風2種。而機房專用空調末端下送風方式是通過靜壓箱自下而上輸送冷風,是目前最常用的一種空調末端方式。房間級機房專用空調末端的連續耗能運轉部件為風機,出于節能考慮,主流廠家均配置具有內置控制器后傾式電子控制換向電動機的風機,即EC風機。

  1.2 列間級空調末端

  列間級空調末端根據布置位置的不同,又可分為列間空調末端和頂置空調末端2種。

  列間空調末端布置在機架的列間,前側出風,水平吹向機架,經過機架前門并對設備供冷后,經機架后門再回風至空調后部。

  頂置空調末端的換熱盤管敷設于機架上方,機架熱空氣經機架后部流出后,經頂置空調盤管冷卻,冷空氣回到機架進風處。

  較房間級空調末端來說,列間級空調末端的氣體輸送距離短、所需風壓小,同時配置EC風機,可顯著降低風機功耗。一般需同時采用封閉冷通道(或熱通道)措施,優化氣流組織,減少混風時造成的損失。

  1.3 機架級空調末端

  機架級空調末端更貼近機架熱源,并與IT機架緊密結合。機架級空調末端安裝在機架前門或背板,形成前門空調末端及背板空調末端。為保證空調末端氣流組織的均勻性,制冷前門或背板上一般需敷設多個直流風機,每個風機風量較小。

  2、按冷媒分類

  根據冷媒的不同,可將空調末端分為冷水型和熱管型。

  1)冷水型空調末端

  冷水型空調末端將冷水引入機房,即空調末端換熱盤管中的制冷劑為冷水。采用冷水型空調末端,因冷水進入機房內部,需加強防水、檢測、報警、排水等措施。

  2)熱管型空調末端

  熱管型空調末端換熱盤管中的制冷劑為氟利昂(或其他相變工質),通過換熱器將冷水冷量換熱給相應制冷劑,同時該換熱器也作為制冷劑的冷凝端,而換熱盤管即為其蒸發端,依靠制冷劑相變來實現傳熱。

  熱管型空調末端的特點是冷水不進入空調末端換熱盤管,按制冷劑是否需要動力來區分,可分為無動力熱管型和有動力熱管型。熱管型空調末端的冷凝端和蒸發端有一定高差,該高差引起的密度差若可以作為制冷劑相變循環的動力,則該熱管型空調末端為無動力熱管型空調末端;若不能,需增加輸配裝置氟泵,則該熱管型空調末端為有動力熱管型空調末端。本文工程應用中提到的為無動力熱管型空調末端。

  3)空調末端分類

  將空調末端按照布置位置、冷媒類型組合后,便得到了表1的幾種空調末端形式。

 

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