浅谈数据中心空调系统节能

2017-07-16甘萍

中国新通信 2017年11期

甘萍

【摘要】随着全国数据中心建设数量急速增加，数据中心的用电量占全社会用电量的1.5%以上，已经引起人们关注，国家也业已提出绿色数据中心建设试点工作的要求，推动我国数据中心行业节能减排，降低能耗。空调系统作为数据中心第二大能耗系统，不管方案设计还是日常维护中，做好空调系统节能工作，能够有效降低数据中心的能耗，减少数据中心的运营成本，使其可持续绿色运营。

【关键词】数据中心空调系统节能分析

数据中心是在计算机信息技术的高速发展下产生的，是数据集成的一种展现，集成了电力、空调暖通、IT等设备，形成数据处理中心，能够对海量数据进行处理和存储、分析。随着社会信息化的快速提高，越来越多网络应用架设在云端，承载数据集成的数据中心如雨后春笋般的拔地而起。随着大量数据中心投入运营，数据中心的能耗问题已经凸显，根据有关数据统计，数据中心年耗电量已超过全社会用电量的1.5%，引起人们极大的关注，考虑怎样做好数据中心的节能工作已经非常重要，本文主要通过对数据中心空调系统节能进行研究分析，降低数据中心的能耗。

一、数据中心机房环境要求

数据中心主要是给服务器、存储等设备提供一定的运行环境，服务器等设备均是处于全年不间断运行中，对于运行环境要求非常，涉及温度、湿度和空气洁净度。一般机房机柜区域或冷通道温度设置在24℃左右，湿度40%到65%，空气洁净度要求每立方空气中大于或等于0.5μm的悬浮粒子数少于1760000粒，如果空气中存在的硫化物、氮氧化物以及腐蚀性气体也会对于服务器等设备产生非常大的伤害。

二、数据中心空调系统介绍

数据中心空调冷源系统种类有多种，根据不同的需求选择最合适空调冷源形式。数据中心空调系统根据空调冷源的不同分为风冷机房空调系统、水冷机房空调系统、乙二醇冷机房空调系统、冷水空调系统、双冷源空调系统。大部分数据中心的空调系统采用风冷机房空调系统和冷水空调系统。

三、数据中心空调的节能措施分析

随着数据中心的发展，机柜功率密度越来越高，从3KW、4KW、6KW，甚至10KW以上，还可能更高，服务器安装非常密集，散热量越来越大，能耗也随之越来越高，数据中心节能工作越来越凸显重要。数据中心除IT第一大能耗外（占50%以上），空调系统为第二能耗系统（占到38%左右），在非IT设备中占绝大部分，所以空调系统的节能是数据中心的节能核心，是降低数据中心能耗的重要途径，是数据中心节能最大潜力所在。通过以下多种手段提高空调系统的能效，降低能耗，从而做好数据中心节能工作，降低数据中心的PUE值。

3.1利用自然冷源

自然冷源主要是借助室外自然界的一些低温冷源来冷却机房，例如冷空气、冷水（冰水）等免费的冷源。空调主机的能耗一般能占到空调系统能耗的56%，通过自然冷却停止或减少数据中心空调主机的运转，可以大幅降低空调系统的能耗，空调全年运行能效比显著提高，节能效果非常明显。一般情况下所使用的方式有风侧自然冷源和水侧自然冷源。风侧自然冷源是指利用室外新风自然冷却，将利用室外的低温空气，通过新风和回风比例调整，经过过滤系统处理之后引入到数据机房内部，实现通信设备的制冷。我国北方室外空气温度低于15℃时间占全年小时数50%以上，例如北京占55%，哈尔滨占70%，非常适合使用自然冷却技术。水侧自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷却，例如阿里巴巴位于浙江千岛湖的数据中心因地制宜采用湖水制冷，深层湖水通过完全密闭的管道流经数据中心，帮助服务器降温，制冷能耗节省超过8成。

3.2良好的空调气流组织形式

数据中心气流组织形式是影响空调系统节能的重要因素，冷气流动过程中的阻力越小，冷风和热风气流隔离的越好，冷量损耗的就越小，空调主机运行效果就越高，能效比越好。但经常是因为空调气流组织设计不合理或未经过CFD软件仿真测试，造成了冷气流的利用率低，使得空调系统能耗浪费。

数据中心常见的空调气流组织形式有三种，分别为房间级气流组织，行级气流组织，机柜级气流组织。房间级气流组织一般采用架空地板，下送风，冷通道封闭，上回风方式。架空地板起到静压箱的作用，通过冷通道里的开孔地板进入机柜前面板，穿过机柜从后面板出风，再通过回风百叶窗回到空调间，进入末端空调，形成风路。采用此方式能够获得可靠和均匀的冷却气流分布，隔离了冷热气流，能够有效回风，提高了空调系统的制冷效率，降低了空调系统的能耗。

3.3采用变频设备

数据中心的冷水机组能耗是跟随末端IT负载和室外环境温度的变化，特别是大中型数据中心，业务上架也不是一步到位，需要经过几年的过程，冷水机组大部分时间运行在非工况情况下，通过使用变频冷水机组，每年可节省20%左右的能耗，同时水冷系统中冷冻水泵、冷却水泵、机房里的末端空调EC风机均使用变频设备，可以实时根据IT负载的情况自动调整，能够节约大量的冷量。

3.4提高机房回风温度

数据中心机房一般机房温度运行24℃左右，但现在各种IT设备硬件性能的提高，特别是服务器宕机温度的提高，有理由可以提高机房的运行问题，例如提高到26℃左右，机房IT设备也是运行正常。我们可知通过提高机房的回风温度节省空调系统能耗，常年累积也是相当可观。

3.5提高冷凍水温度

空调系统冷水机组冷冻水温度一般为7℃到12℃，末端空调的冷冻水温度也为7℃到12℃。因为冷冻水的温度和冷水机组的效率成正比关系，可通过提高冷冻水温度，从而提高冷水机组的制冷效率，降低制冷能耗，但空调选型时必须要求在冷冻水10℃到15℃下能够满足制冷量要求。

3.6做好业务发展规划，合理启用机柜和末端空调

通过做好业务发展规划，制定合理的上架计划，按照机柜使用的规划逐步上架，从机房一端和冷通道一端开始有计划的进行机柜上架。对于整个未有上架的冷通道进行出风地板关闭，冷通道里面对应未上架机柜的出风地板进行关闭，同时将机柜中所有的空U的空间安装盲板，防止冷气外跑，提高机柜的制冷能力，减少空调冷量损耗。

根据计算数据中心机房的IT负载匹配对应制冷量，结合机房风速合理优化末端空调开机数量，关闭多余空调，单台空调（按8KW计算）一年就能够节省5760度电。

3.7严格机房出入审批，加强机房管理

日常维护及施工人员进出机房，需及时关闭机房门，减少外部热空气进入。维护人员尽量通过远程维护，减少进入机房次数，机房做到人走灯灭，减少照明热量辐射，避免机房温度和湿度的升高，从而减少空调制冷量损耗，降低空调系统能耗。

四、结束语

综上所述，本文从以上几个方面对空调系统节能性进行了研究分析，通过各项节能措施，使数据中心达到节能减排和低碳环保的效果，最后达成可持续绿色运营的目的。

参考文献