數據中心工程中暖通系統的節能措施探討

陳萱

身份證號碼：43090319870216331X

摘要：二十一世紀人類社會正在逐步進入信息時代，各行各業的數據中心建設規模越來越大。但隨著數據中心規模的不斷擴大，服務器發熱密度越來越高，數據中心能耗問題日益突出。數據中心中暖通系統能耗占據著較大比例，暖通系統節能刻不容緩。西方發達國家中暖通系統僅占社會總能耗的百分之十五左右，而在我國暖通系統能耗卻占社會總能耗的百分之三十，可見暖通系統節能的必要性。本文將針對數據中心工程中暖通系統的節能措施展開研究和分析。

關鍵詞：數據中心；暖通系統；節能措施

引言

新時代背景下，社會信息化程度越來越高，人們對數據處理業務的需求越來越大，數據中心應運而生。近幾年，我國許多企業進行了數據中心建設，數據中心進入快速增長期。暖通系統在數據中心工程建設中占據著重要位置，擔負著數據中心數據處理設備冷卻的重任，是保障數據中心正常運行的重要基礎設施，但也是數據中心主要能耗設施，高能耗無疑造成了能源浪費，增強了數據中心運行成本，暖通系統節能勢在必行。

一、數據中心對環境的要求

數據中心是一整套極其復雜的設施，可用來在INTERNET網絡基礎設施上傳遞、存儲、加工、處理、計算、展示數據信息，通常用來處理商業或組織數據[1]。數據中心需建立在一定硬件系統基礎上，通常由多個主機構成，每個主機運行一個單一構件。這些構件對室內環境有著較高要求，腐蝕氣體或不潔凈氣體吸入機房會影響設備運行[2]。此外，溫度與濕度的控制也非常重要，必須嚴格控制，如機房內溫度過高，主機設備將出現死機、重啟等現象。若空氣潮濕，易引起設備的金屬部件和插接件管部件產生銹蝕，嚴重時還可造成電路短路。數據中心具體環境要求如表1。而暖通系統是數據中心的溫度、濕度、設備冷卻的主要手段。但暖通系統也是數據中心耗能大項，數據中心工程中暖通系統節能值得研究。

表1 主機房的環境要求

A級 B級 正常范圍

溫度 23 ±2℃ 20±2℃ 18-25℃

濕度 45%-65% 40%-70% 40%-60%

溫度變化率

送風溫差 <5℃/h 并不得結露

4～6℃ <10℃/h 并不得結露

4～6℃

6～8℃

二、數據中心工程中暖通系統能耗影響因素分析

相關統計數據顯示，數據中心每年每平方英尺能源成本是普通辦公室的十倍，其中暖通系統能耗最大，可見暖通系統能耗的嚴重性[3]。導致數據中心暖通系統能耗高的因素有很多。首先，從新風處理角度來看。一些數據中心建設中，忽視了對自然因素的利用，不能新風處理能耗大，且處理效果不理想，導致新風處理過程中能耗問題突出，暖通系統圖（如圖1）。此外，一些數據中心規模擴大、設備增多，卻沒有合組織氣流，結果造成冷風與服務器的熱風混在一起，嚴重制約了暖通系統功能發揮，導致能耗嚴重，更給設備運行造成了不利影響[4]。另一方面，一些數據中心缺乏相應管理制度，沒有設置隔離門，造成數據中心與外界空氣環境交換過于頻繁，導致數據中心內部濕度、溫度與實際需求偏差較大，就會加大暖通系統整體能耗，更會影響溫度、濕度調節的效果與效率。此外，很多數據中心暖通系統控制技術存在問題，缺乏對節能問題的考慮，缺少對變頻技術和智能控制技術的應用，導致整個暖通系統控制十分不靈活，導致溫濕度調節效果十分不理想。

圖1暖通系統圖

三、數據中心工程中暖通系統節能的措施

通過前文的分析，不難看出數據中心工程中暖通系統節能的重要性和必要性。下面通過幾點來分析數據中心工程暖通系統節能的措施。

（一）合理的氣流組織

通過前文對數據中心環境要求的分析，可以知道數據中心主機房對環境的潔凈度及溫濕度都有較高要求，主機房內必須要進行新風換氣。在夏季時新風處理比較簡單，只需進行簡單的除濕即可。而在冬季，室外溫度較低，且空氣含濕量低于室內空氣含濕量，空氣處理中既要加濕又要加熱，而當前的加熱加濕方式顯然會造成能源利用的不合理。因此，新風處理可考慮采用換熱機組，利用機房內的回風加熱新風，不僅降低了新風加熱能耗，同時減少了末端空調風機能耗。另一方面，為了使暖通系統性能得到更好的發揮，避免冷熱風混合，氣流組織設計中單機柜熱密度若在5KW以下，可設冷熱通道。若在5KW以上，可考慮設置封閉式冷熱通道。目前國內大多采用的是封閉冷通道，但工程中如果對送風溫度有一定要求，可采用封閉熱通道。封閉通道能夠降低機柜的漏風率，最大限度的優化氣流組織，有效降低能耗。此外，應設置隔離門，減少室內外空氣的對流。

（二）加強對變頻技術的應用

目前國內數據中心應用的主流暖通系統控制技術分為兩大類：第一類是定頻技術，第二類是變頻技術。由于定頻控制技術下，冷凍泵需要持續運轉，以維持設置溫濕度，所以運行中能耗問題突出。而變頻控制技術下，利用了智能控制和感應技術，系統可根據實際溫濕度來自動調節運行模式，進行低能耗運行，以降低整體運行能耗。且這種控制技術控制精度大，能源利用率高，能夠有效降低暖通系統運行成本，提高系統運行靈活性，解決能耗問題。因此，數據中心工程中暖通系統應積極推廣和應用變頻控制技術。例如，深圳科士達在二零一一建設的數據中心，就應用了變頻控制技術，數據中心整體能力下降了百分之二十二，運行成本降低百分之十三，節能效果大大提升，溫控、濕控效果明顯改善，控制準確性明顯提高，科士達數據中心被評為最佳節能數據中心。

四、結語

數據中心的建設離不開對暖通系統的應用，但暖通系統是數據中心的主要能源設施，能耗問題十分突出。高能耗不降會造成資源浪費，增加暖通系統運行成本，更會帶來嚴重的環境污染問題，數據中心工程中暖通系統節能至關重要。暖通系統設計中必須做好科學設計，考慮節能問題，積極融入新技術、新設備，以降低暖通系統能耗。

參考文獻：

[1]閆軍威.區域供冷系統節能優化運行與控制方法研究及系統實現[D].華南理工大學，2014，13（11）：119-124.

[2]高東媛.新風直接引入式數據中心空調輔助系統研究[D].河北工程大學，2013，05：190-192.

[3]馬明明.公共建筑空調系統改造與節能潛力的研究[D].重慶大學，2014，11：122-123.