數據中心自然冷卻方式分析

楊菲菲

【摘 要】數據機房IT設備或其工藝需要低溫水冷卻降溫，甚至在冬季仍然需要空調供冷，冬季與過渡季節室外溫度較低，由于數據機房IT設備及其工藝對環境溫度要求嚴格，空調系統全年運行，合理利用免費的自然環境能源降低數據機房的運行能耗成為節能減排綠色低碳的關鍵。本文對數據中心不同的的自然冷卻方式進行了分析。

【關鍵詞】數據中心 自然冷卻 數據機房

【Abstract】data room IT equipment or processes require cryogenic cooling water cooling， even in winter， still need air conditioning cooling， winter and transition seasons outdoor temperature is low， due to the data room IT equipment and technology strict requirements on the ambient temperature， the air conditioning system year-round operation， the rational use of the free energy of the natural environment to reduce the energy consumption data room has become the key to low-carbon energy saving green. In this paper， the data center of the different natural cooling were analyzed.

【Key words】naturally cooled data center data room

數據機房IT設備或其工藝需要低溫水冷卻降溫，甚至在冬季仍然需要空調供冷，所以冷水機組、冷卻塔、冷卻水泵和冷凍水泵往往要求全年運行，系統運行能耗高，運行成本高。自然冷卻技術通過合理使用環境氣溫或者水溫減少空調能源消耗。當室內環境溫度高于室外環境溫度時直接利用室外空氣作為冷源載體，將低溫空氣或水送入室內，經過氣-氣或氣-水熱交換后，達到為室內降溫的目的，特別在冬季有顯著的節能效果。

1 原理

自然冷卻技術原理自然冷卻技術特點就是合理利用自然界天然冷空氣作為冷源，替代冷水機組運行，從而減少空調的能耗。

2 分類

根據冷源載體不同，自然冷卻技術分為新風直接冷卻和冷卻水間接冷卻，兩者都采用環境溫度調節室內氣溫，適合冬季空調供冷。其中新風直接冷卻采用的是環境空氣作為冷源直接利用市外冷空氣來冷卻房間或者設備，他通常用在對溫濕度要求不高的數據機房。冷卻水間接冷卻是指利用干冷器間接利用市外冷空氣將水冷卻到可以用來給數據機房冷卻的水平。間接自然冷卻方式，目前常用的是冷凍水機房專用空調系統，配合適用于冬季自然冷卻的大冷卻塔（比夏季工況用冷卻塔容量要大3-4倍，以便盡可能延長自然冷卻的時間），及隔離冷水系統及冷卻水系統的板式熱交換器。

3 實例分析

結合實際工程案例，本文對數據中心新風自然冷卻式空調系統著重介紹。新風自然冷卻式空調系統主要解決空調系統能源消耗大的問題，有效的利用了室外新風免費提供的冷量。在利用新風的季節中，停止運行精密空調，或運行部分精密空調機組，以降低空調系統運行成本，減少精密空調機組開機時間，降低用電量；同時延長精密空調壽命，降低機組維修保養費用，提高經濟性。

3.1 工作方式

（1）夏季：當室外溫度高于20℃時，自然冷卻盤管將停止工作。機柜排風直接回到精密空調進行制冷運行。運行方式為傳統的精密空調下送上回方式。（2）冬季與過渡季節：室外溫度低于20℃時自然冷卻機組開始工作。機柜排風首先被自然冷卻機組吸入，并由機組冷卻后，送入精密空調回風側。由于自然冷卻機組已經抵消了部分熱負荷，精密空調壓縮機開始卸載工作。

3.2 系統優勢

高效節能，節能效率高達40%以上；作為單獨的節能機房產品，可以用于任何機房。新建和改造均可使用；不受機房空調品牌限制，可以與任何機房空調配合使用；安裝靈活，置于熱通道上，不影響管線走向；冷媒作為載體工作，無任何防凍要求。簡化了系統，提高可靠性；冷媒作為載體，機房中無水患泄漏危險。

單個數據機房自然冷卻機組滿載使用狀況總結于表1-1.機房氣流組織如圖1-1，對應數據機房建筑設置如圖1-2.

數據機房自然冷卻氣流組織示意圖 圖1-1 采用自然冷卻系統數據機房外觀 圖1-2

單個數據機房自然冷卻機組滿載使用狀況表 表1-1

室外新風溫度 新風自然冷卻機組所承擔房間負荷百分比 精密空調 運行時間占全年百分比

-5℃ 100% 不需開啟 約50天占全年13.7%

0℃ 82.2% 部分開啟 約35天占全年9.6%

5℃ 64.4% 部分開啟 約30天占全年8.3%

10℃ 56.7% 部分開啟 約60天占全年16.4%

相當于滿載運行時負擔100%室內負荷運行時間占全年比例33.7%，節能效果顯著。

4 結語

隨著室外溫度降低，冷盤管制冷量進一步提升，室外溫度低至10℃以下時，冷負荷達到最大。當自然冷卻機組所提供冷量與機房發熱量匹配后，精密空調壓縮機不開啟。利用新風直接作為室外冷源，經過預熱或和回風混合后，送入數據機房實現冷卻數據設備，并將多余的廢熱排放到室外實現機房空調的效果。這種方式不僅可有效保證空調區域的空調效果還可顯著提升空調區域的空氣品質并且節約了大量的精密空調運行所消耗的電能，從而起到了降低能源消耗的目的。