数据中心制冷节能技术分析

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近年来，绿色发展、节能环保的理念逐渐在众多行业领域中得到渗透和发展，成为提升发展综合效益的重要方式。正因为如此，越来越多的主体在实际发展过程中积极探索能够将节能技术运用到特定环节中的方法。数据中心作为一套复杂的设施，不仅包括计算机系统及与之配套的诸如通信系统、存储系统等子系统，同时，还包括保证数据中心持续、稳定运行的配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统。相关研究表明，数据中心中的制冷系统是整个中心中耗电量最大的部分，其所占数据中心总耗能的30%~45%。在当前节能环保理念深入发展的情况下，如何将节能技术充分应用到数据中心的制冷系统之中，降低制冷系统的能耗，是数据中心规划建设中重点考虑和解决的问题，也是影响数据中心建设效益的重点所在。调查显示，目前我国数据中心建设中的制冷系统通常采用自然冷却技术、双冷源分布式热管背板冷却技术或者热交换器来对数据中心进行制冷，优化数据中心的空调气流，达到制冷兼具节能的效果，对这些数据中心规划和建设中常用到的制冷节能技术进行应用性的分析，以丰富数据中心制冷中节能技术的运用研究。

1数据中心制冷节能技术的应用概述

就目前数据中心制冷节能技术的应用情况来看，常用的系统主要包括自然冷源模式和主动制冷模式两种类型，其中前者是指利用自然环境中的温度传递功能来实现数据中心温度的调整，而主动制冷模式主要是借助一系列的制冷设备来主动地干预数据中心的温度，使中心的温度保持在合理的范围内。随着现代化数据中心建设数量和规模的扩大，以及外部环境复杂程度的提升，利用风侧冷却技术来制冷的方式逐渐不适应数据中心制冷节能的要求，但该技术在节能方面的优势使得在特定情况下仍然被使用。数据中心制冷节能技术的应用一般是指制冷节能技术在数据中心自然冷源的使用、数据中心空调气流的优化、数据中心空调功效的提高、数据中心高功率高密度机柜局部热点的解决等方面的实际应用，其中自然冷源是指在不启动压缩机的制冷功能的基础上，通过将室外自然存在的低温空气引入到数据中心，从而实现直接或者间接制冷降温目的的方式，而这种制冷方式可以有效地降低能耗，是当前数据中心制冷中最为主要的节能技术。

2数据中心常用的制冷节能技术及其应用

2.1水侧节能技术。水侧冷冻系统是通过室外环境来降低数据中心温度的效果，主要是通过室外环境来供给数据中心的冷水，这种技术在不耗费制冷能源的情况下，将水冷却到适当的温度。一般而言，水侧冷冻系统主要由冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵以及通冷冻水型专用空调末端构成，该系统主要采用集中式的冷源，系统中的冷水机组的制冷效率高，并且冷却塔的放置位置灵活，在运行过程中产生的噪音也偏小，并且在规模化使用时还可有效地节省建造和维护成本。在水侧节能系统中，冷水机组系统上安装有附加风扇的换热器，当数据中心运行环境中的温度可以通过制冷的方式实现散热的目的时，节能系统就会切换到以换热器为主的模式，并对环境中的温度进行自动化监测。在系统实际运行过程中，当数据中心外界的环境温度达到所设置的范围时，水冷机组的制冷功能会进入暂停状态，水侧节能系统的节能功能将会启动。在水侧节能系统中，水的蒸发冷却系统因为具有更多可供灵活选择的功能，并且受数据中心环境性因素的影响偏少而成为数据中心制冷系统中使用比较多的技术系统。虽然也有些企业在数据中心规划和建设过程中使用地热系统来对疏散中心的热量，但这种散热系统的效果在散热的持续性和节能性等方面要明显地弱于水的蒸发冷却系统。2.2风侧自然冷却节能技术。所谓的风侧自然冷却系统是指数据中心建设中，室外空气直接通过滤网或间接通过换热器将室外的空气冷量带入数据机房内，进而对IT设备进行降温的冷却技术。与水侧自然冷却系统相比，风侧自然冷却系统的节能效果更加直接和明显，该系统在运行过程中会减少能量之间的转换和传递环节，从而避免不必要的能量损耗，提升数据中心制冷的效果。在技术层面，风侧自然冷却技术实现了冷源与负荷中心的直接接触，使得系统运行不再依赖于传统空调系统中的制冷机组的辅助降温，从而减少数据中心空调系统的能耗。风侧自然冷却系统的原理决定了其更多地是借助外界环境中的冷温空气向数据中心传送的方式来达到热量交换和冷却的效果，这就决定了数据中心的位置要符合长期持续性冷空气的标准，否则就会制约自然冷却的效果。因此，风侧自然冷却技术通常会在高纬度地区应用。而我国大部分地区的全年平均气温在20℃以下，这一温度分布特点为风侧自然冷却系统的运用提供了自然性的优势条件。当然，风侧自然冷却节能技术的运用除了与数据中心所处环境中的温度和湿度有关以外，还与室外的空气质量有着直接性的关联，如果空气质量偏差，势必会对系统中的设备产生负面影响，造成系统整体功能弱化。例如我国华北地区的空气污染情况比较严重，大气中的水分、污染物以及氧气等成分会对数据中心的IT设备中的金属元器件产生较大的腐蚀作用，同时也会使设备中的非金属元素加速老化，对设备造成永久性的损坏。因此，在实际的数据中心应用过程中，除了要考虑风侧节能系统在将主系统的热负荷进行疏散、制冷的优势以外，还要根据数据中心所处的地理环境情况来进行综合性的分析权衡。

3数据中心制冷节能技术应用需要注意的问题

在现代化的数据中心规划和建设过程中，节能是基本的准则，而这种节能是在保持数据中心运行新状态最佳化的前提下实现的。虽然技术的发展使得数据中心制冷的技术有了明显的改善和提升，制冷的效果也更明显，但在系统中引入节能技术的过程中，需要注意一些基本的问题，避免给数据中心的安全运行埋下隐患。3.1数据中心制冷节能技术的应用要注意因地制宜。通过对数据中心制冷节能技术应用的分析可以看出，相关的节能技术及设备的使用对外界环境的要求相对比较高，并且环境因素相对比较多，这就使得数据中心制冷节能技术的应用稳定性容易受到影响。因此，在选择节能技术应用的过程中，要针对数据中心外界环境状况进行灵活的选择。同时，在相关设备运行过程中，要注意对环境的监测和干预，保证设备运行环境的整体合理性。3.2数据中心制冷节能技术应用过程中要充分考虑安全性。安全是数据中心规划、建设以及使用过程中高度关注的问题，在制冷节能技术应用过程中，除了要考虑节能效果以外，还要对系统、设备运行的安全性进行监测，对可能出现的安全问题进行必要的预防，避免诸如火灾等意外事件的出现。同时，要注意对节能设备的检测和维护，避免设备运行中可能出现的安全隐患。3.3数据中心制冷节能技术的应用要注意综合效益。在数据中心规划和建设过程中，之所以使用制冷节能技术，是为了保证相关系统设备运行环境的最佳化，使这些设备能够发挥出尽可能大的价值。因此，在节能技术应用的过程中，要从数据中心整体运行的角度出发对效益进行评价，避免过分追求节能效益而造成数据中心运行效益的下降。

4结语

现代化信息技术的深入、广泛应用使得数据中心建设的需求量呈现出了明显的增长，大量数据中心的出现虽然满足了多样化的需求，但也增加了数据中心建设中技术开发与应用的难度。在数据中心规划和建设中，确保相关设备运行状态的最佳化是必须优先考虑的问题。而在数据中心制冷系统中，如何在节能的同时保持系统、设备整体运行效果的最大化则是当前重点关注和解决的难题。虽然不同节能技术表现出差异明显的优势和劣势，但在实际的数据中心规划过程中，要充分考虑实际情况来进行科学选择和严格论证，确保数据中心制冷节能技术的科学应用。

参考文献

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[3]张素丽.数据中心冷水系统自然冷却节能分析[J].暖通空调，2016（5）：80-83.

作者:于江涛 单位:华信咨询设计研究院有限公司