數據中心空調系統節能降耗研究進展

王猛

【摘要】 隨著信息化技術在各個行業的廣泛應用，信息量的增長速度也在不斷加快，而為了滿足信息化發展的要求，各個行業對數據中心的建設都極為重視，特別是互聯網企業、政府、金融機構等。本文在闡述數據中心空調系統構成的基礎上，對數據中心空調系統節能降耗技術進行了分析。

【關鍵詞】 數據中心 空調系統 節能 降耗

在數據機房運行中，會對其的運行造成影響的因素主要有運行環境的溫濕度及潔凈度等，而要想保證運行環境的穩定性，需要依靠空調系統來實現。這也充分體現了在數據中心建立空調系統的重要性。從能耗總量上來看，空調系統的能耗占數據中心總能耗的1/3左右，是能源消耗的主要系統。在此基礎上，對空調系統的節能降耗進行研究，并對節能降耗技術進行創新，以求達到節能降耗的目的，確保數據中心的運營成本能夠得到降低。

一、數據中心空調系統的構成

數據中心的空調系統主要由制冷系統、降溫系統和散熱系統構成。其中，在空調系統運行中，對能源消耗比較大的是制冷系統與散熱系統。在制冷系統中，能源消耗較大的系統單元是冷水機組，對制冷機組內的制冷劑的高壓與低壓形態進行充分利用，能夠讓熱量逆流，使熱量從數據中心內流向室外，從而起到對數據機房進行降溫的效果。在散熱系統內，對能源消耗較大的系統單元包括風機和泵。在數據中心空調系統內，降溫輔助系統的工作原理是合理的利用冷卻塔、噴頭等裝置對水進行蒸發，以達到排熱的目的。

二、數據中心空調系統節能降耗技術

1、自然冷卻技術。數據中心的運營是從不間斷的，這也代表著對其的供冷也不能出現間斷。一般情況下，即便是室外溫度遠低于制冷系統內循環冷凍的水溫，制冷系統的冷水機組仍然能夠正常工作。自然冷卻技術作為一種重要的節能降耗技術，其的工作原理是在過渡季節內，對數據中心的制冷優先使用免費冷源，且制冷過程不需要依靠壓縮機來實現，可以使制冷系統的運行省去壓縮機的能耗，從而達到節能降耗的目的。自然冷卻技術主要分為兩種：一種是水側自然冷卻技術，一種是風側自然冷卻技術。水側自然冷卻技術的工作原理是在冷水與冷卻水系統內，對板式換熱器進行串聯，以便保證冷水的供回水溫能夠穩定在12℃/18℃。同時，在冷水供水溫度超過16℃后，制冷系統的冷水機組將全面開啟冷負荷，對數據中心進行制冷；而若是冷水供水溫度高于10℃但低于16℃，則制冷系統將會用免費冷源替代冷水機組的部分功效，通過利用免費冷源和冷水機組共同對數據中心進行制冷。當冷水供水溫度低于10℃后，制冷系統的冷水機組會被關閉，只依靠免費冷源對數據中心進行制冷，以便降低能源消耗。風側自然冷卻技術的工作原理是將室外空氣輸送至混風室與數據機房內的回風進行混合，并利用過濾與加濕等環節對機房內的混合風進行處理，利用AHU風扇將機房內的混合風輸送至蒸發盤管，利用盤管對室內風進行冷卻，最后利用送風管道將經過處理的空氣輸送回數據機房。這種技術的應用不僅能夠有效降低數據機房的回風溫度，也能夠降低精密空調的耗冷量。

2、熱管式機房空調。早期，對數據中心空調系統節能降耗的研究主要是以熱量回收和自然冷源合理利用來達到空調系統節能降耗的目的。近年來，當熱管性能試驗完成后，發現在室內外溫差超過5℃時，熱管式機房空調就能夠投入使用。經過實驗結果分析，在5℃—24℃這一范圍內，熱管式機房空調的機組效能比能夠達到3.63—10.64。通過對比R22與R134a這兩種熱管機房空調系統的換熱特性與最佳工質充注比率，可以得出結論：該系統比較適應于溫差較小的環境運行，而且發揮的制冷效果較好。在相同條件下，充注R22的系統換熱能力要超過充注R134a的大約19.2%，而這兩種熱管機房空調的工質充注比例都超過了80%。分離式熱管型空調系統是基于熱管式機房空調而產生的新型熱管排熱系統。該系統的構造方式是蒸發部分與冷凝部分進行分離，使得換熱面積大小可以依據換熱需求自行調整。該系統的工作原理是熱管內工質吸收熱量，并向外排放熱量，凝結成液體，最后冷凝液體會在重力作用下回流經下降管回流蒸發段，從而實現對機房內的換熱。在該系統中，室內蒸發器一般使用的是冷風式蒸發器，并且融合了精確送風技術。實驗表明，R22和R134a這兩種熱管機房空調系統的最佳沖液率都能夠達到80%左右；而且當室內外溫差超過5℃的時候，該系統就能被使用；假如溫差變大，則換熱器單位面積的換熱量和能效也會隨之增加。同時，該系統的工作最低允許高差是100mm，若高差增大，則EER值會隨之增大；而當工作高差達到600mm后，EER值的增速就會放緩。

結束語：綜上所述，數據中心內空調系統的能耗量比較大，占數據中心總能耗的1/3，而空調系統內能耗較為嚴重的是制冷系統與散熱系統。針對上述情況，文章對自然冷卻技術及熱管式機房空調進行了分析，以求為數據中心空調系統的節能降耗提供支持。

參 考 文 獻

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