数据中心空调制冷与节能技术

随着经济的发展，大量的企业飞速发展，对于数据处理业务的需求也快速提升，相继建设了很多的数据中心。数据中心从10多年前100-200w·m-2到如今发展到1000w·m-2甚至更高，机房密度的提高使得数据中心的耗能成为一个越来越重要的课题。

自从GREENGRID组织提出用PUE来衡量数据中心节能要求，越来越多的国内建设方在设计数据中心时对于PUE值有了要求，PUE是Power Usage Effectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比，PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗，PUE是一个比率，越接近1表明能效水平越好，本文将从几个方面介绍提高空调能效，降低数据中心空调耗能的方法用以获得较低PUE值可以采取的一些措施。

冷源

数据中心空调冷源一般有风冷直接蒸发式空调系统、水冷直接蒸发式空调系统、水冷或风冷冷冻水空调系统、双冷源空调系统等空调系统。从节能的角度来说，使用风冷系统的数据中心，PUE不可能小于1.8，通常在2.0以上，在规模较大，可以设置集中冷源的情况下，能效比高的水冷冷冻水系统是首选。

当电机功率功率超过500kw的情况下，可采用6kv或者10kv电压供电，可提高运行效率，在选择机组时选用COP值高的机组，同时也要考虑机组的部分负荷综合性能系数(IPLV)。冷水机组采用变频能取得较好的部分负荷综合性能系数，使得机组的高效区域更大。在非额定工况时，变频式离心冷水机组将导流叶片控制与变频控制有机结合，共同控制压缩机。冷水机组的蒸发温度对于机组效率也有着影响，粗略估计蒸发温度每提高0.6度，效率增加1%-3%，因此采用较高的蒸发温度效率比一般供回水7℃/12℃效率高。

如果可以提高末端送风温度，我们就可以使用更高的蒸发温度，这样可以使得效率进一步的提高。而对于空调系统的耗能来说，冷水机组的能耗所占比重最大，把冷水机组的用电量降下来对于提高整个空调系统的效率有着很大的帮助。

而采用水系统带来的安全问题，例如水系统的冗余设计：双管路或环形管路，事故应急泄水，供水保障：多水源供应以及蓄水池，也是需要我们考虑，本文不作展开。

如果以供水温度为12度来看，在室外湿球温度9℃左右时即可使用冷却塔免费制冷，根据上表统计：在此温度范围内，上海地区全年可完全使用免费制冷的时间达2901小时相对于水侧的免费制冷，还有一种风侧的免费制冷，是指利用室外的空气，可以在室外焓值低于室内焓值的全部时间进行自然冷却，但是在数据中心采用水侧免费制冷时没有必要再采用风侧免费制冷，理由有以下几点：

一、使用风侧免费制冷将会占用很大的室内空间。

二、风侧免费制冷需要大量的室外空气，如果室外空气质量不是很好将会导致设备的运行寿命减少。

三、用于加湿和减湿的能量将会很大，采用风侧免费制冷所获得节能效应和这些能量的消耗相比也相差不多，同时将使室内的湿度控制更复杂。

四、风侧免费制冷和水侧免费制冷在使用时间上有重叠，所以在多出不多的使用时间的情况下，同时采用的意义不大。

免费制冷时间的长短很大程度决定PUE值中空调耗能的大小，而从上图中可以看出免费制冷受到室外环境的影响也很大，对于中国北方以及长江流域大部分地区来说，都能很好的采用免费制冷，在东北等严寒地区，采用免费制冷的时间更长，使得PUE中空调耗能的因子能做到0.2左右，以获得更低的PUE值。这一点很值得我们建设方在数据中心选址中加以注意，在考虑经济、地理等因素时，也可以考虑气候环境对于今后数据中心运营成本的影响。

免费制冷与冷冻机制冷的切换

当室外免费制冷不能完全满足数据中心的需要时，将开启制冷机组制冷，但此时室外的温度低于15度，无法满足冷水机组所需要的冷凝温度，而采用电加热等方式既不节能，又没有这么大的电量来满足，此时只需要在系统中加入一路旁通，使经过板式热交换器后高于15度的回水不回到冷却塔而是进入冷水机组就能解决这一问题，随着室外气温的增加，冷水机组逐台开启，免费制冷热交换器逐台关闭，直至全部转变为冷水机组供冷。

冷冻水侧热回收

考虑数据中心全年制冷的特点，对数据中心进行热回收是非常有必要的，在蒸发侧或者冷凝侧均能采用热回收技术，如在伦敦Telehouse West数据中心利用服务器产生的热量为附近的住宅提供暖气服务。该数据中心及其配套设施建设项目投资达1.8亿美元，预计该项目能为数据中心周边13万平方英尺范围提供相当于900万瓦的能量，并相对减少1100吨二氧化碳放。

蒸发侧的热回收可以通过一个简单的水环的环路来实现，例如当冷冻水系统供回水温度为12-17度时，冬季及过渡季节将冷冻水回水经过一个热交换器和生活热水给水交换，预加热生活区生活热水的给水，简单的接管且对于系统没有任何影响。冷冻机组等设备均为常规设备.冷凝侧的热回收可以通过选用热回收机组来实现，但是需要对于热回收机组的效率以及系统的安全性有个评估，在能保证效率及安全的情况下，对于系统的节能也有着很大的益处，可以作为热回收的首选措施。