淺談數據中心空調系統節能

甘萍

【摘要】 隨著全國數據中心建設數量急速增加，數據中心的用電量占全社會用電量的1.5%以上，已經引起人們關注，國家也業已提出綠色數據中心建設試點工作的要求，推動我國數據中心行業節能減排，降低能耗。空調系統作為數據中心第二大能耗系統，不管方案設計還是日常維護中，做好空調系統節能工作，能夠有效降低數據中心的能耗，減少數據中心的運營成本，使其可持續綠色運營。

【關鍵詞】 數據中心 空調系統 節能分析

數據中心是在計算機信息技術的高速發展下產生的，是數據集成的一種展現，集成了電力、空調暖通、IT等設備，形成數據處理中心，能夠對海量數據進行處理和存儲、分析。隨著社會信息化的快速提高，越來越多網絡應用架設在云端，承載數據集成的數據中心如雨后春筍般的拔地而起。隨著大量數據中心投入運營，數據中心的能耗問題已經凸顯，根據有關數據統計，數據中心年耗電量已超過全社會用電量的1.5%，引起人們極大的關注，考慮怎樣做好數據中心的節能工作已經非常重要，本文主要通過對數據中心空調系統節能進行研究分析，降低數據中心的能耗。

一、數據中心機房環境要求

數據中心主要是給服務器、存儲等設備提供一定的運行環境，服務器等設備均是處于全年不間斷運行中，對于運行環境要求非常，涉及溫度、濕度和空氣潔凈度。一般機房機柜區域或冷通道溫度設置在24℃左右，濕度40%到65%，空氣潔凈度要求每立方空氣中大于或等于0.5μm的懸浮粒子數少于1760000粒，如果空氣中存在的硫化物、氮氧化物以及腐蝕性氣體也會對于服務器等設備產生非常大的傷害。

二、數據中心空調系統介紹

數據中心空調冷源系統種類有多種，根據不同的需求選擇最合適空調冷源形式。數據中心空調系統根據空調冷源的不同分為風冷機房空調系統、水冷機房空調系統、乙二醇冷機房空調系統、冷水空調系統、雙冷源空調系統。大部分數據中心的空調系統采用風冷機房空調系統和冷水空調系統。

三、數據中心空調的節能措施分析

隨著數據中心的發展，機柜功率密度越來越高，從3KW、4KW、6KW，甚至10KW以上，還可能更高，服務器安裝非常密集，散熱量越來越大，能耗也隨之越來越高，數據中心節能工作越來越凸顯重要。數據中心除IT第一大能耗外（占50%以上），空調系統為第二能耗系統（占到38%左右），在非IT設備中占絕大部分，所以空調系統的節能是數據中心的節能核心，是降低數據中心能耗的重要途徑，是數據中心節能最大潛力所在。通過以下多種手段提高空調系統的能效，降低能耗，從而做好數據中心節能工作，降低數據中心的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溫冷源來冷卻機房，例如冷空氣、冷水（冰水）等免費的冷源。空調主機的能耗一般能占到空調系統能耗的56%，通過自然冷卻停止或減少數據中心空調主機的運轉，可以大幅降低空調系統的能耗，空調全年運行能效比顯著提高，節能效果非常明顯。一般情況下所使用的方式有風側自然冷源和水側自然冷源。風側自然冷源是指利用室外新風自然冷卻，將利用室外的低溫空氣，通過新風和回風比例調整，經過過濾系統處理之后引入到數據機房內部，實現通信設備的制冷。我國北方室外空氣溫度低于15℃時間占全年小時數50%以上，例如北京占55%，哈爾濱占70%，非常適合使用自然冷卻技術。水側自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷卻，例如阿里巴巴位于浙江千島湖的數據中心因地制宜采用湖水制冷，深層湖水通過完全密閉的管道流經數據中心，幫助服務器降溫，制冷能耗節省超過8成。

3.2良好的空調氣流組織形式

數據中心氣流組織形式是影響空調系統節能的重要因素，冷氣流動過程中的阻力越小，冷風和熱風氣流隔離的越好，冷量損耗的就越小，空調主機運行效果就越高，能效比越好。但經常是因為空調氣流組織設計不合理或未經過CFD軟件仿真測試，造成了冷氣流的利用率低，使得空調系統能耗浪費。

數據中心常見的空調氣流組織形式有三種，分別為房間級氣流組織，行級氣流組織，機柜級氣流組織。房間級氣流組織一般采用架空地板，下送風，冷通道封閉，上回風方式。架空地板起到靜壓箱的作用，通過冷通道里的開孔地板進入機柜前面板，穿過機柜從后面板出風，再通過回風百葉窗回到空調間，進入末端空調，形成風路。采用此方式能夠獲得可靠和均勻的冷卻氣流分布，隔離了冷熱氣流，能夠有效回風，提高了空調系統的制冷效率，降低了空調系統的能耗。

3.3采用變頻設備

數據中心的冷水機組能耗是跟隨末端IT負載和室外環境溫度的變化，特別是大中型數據中心，業務上架也不是一步到位，需要經過幾年的過程，冷水機組大部分時間運行在非工況情況下，通過使用變頻冷水機組，每年可節省20%左右的能耗，同時水冷系統中冷凍水泵、冷卻水泵、機房里的末端空調EC風機均使用變頻設備，可以實時根據IT負載的情況自動調整，能夠節約大量的冷量。

3.4提高機房回風溫度

數據中心機房一般機房溫度運行24℃左右，但現在各種IT設備硬件性能的提高，特別是服務器宕機溫度的提高，有理由可以提高機房的運行問題，例如提高到26℃左右，機房IT設備也是運行正常。我們可知通過提高機房的回風溫度節省空調系統能耗，常年累積也是相當可觀。

3.5提高冷凍水溫度

空調系統冷水機組冷凍水溫度一般為7℃到12℃，末端空調的冷凍水溫度也為7℃到12℃。因為冷凍水的溫度和冷水機組的效率成正比關系，可通過提高冷凍水溫度，從而提高冷水機組的制冷效率，降低制冷能耗，但空調選型時必須要求在冷凍水10℃到15℃下能夠滿足制冷量要求。

3.6做好業務發展規劃，合理啟用機柜和末端空調

通過做好業務發展規劃，制定合理的上架計劃，按照機柜使用的規劃逐步上架，從機房一端和冷通道一端開始有計劃的進行機柜上架。對于整個未有上架的冷通道進行出風地板關閉，冷通道里面對應未上架機柜的出風地板進行關閉，同時將機柜中所有的空U的空間安裝盲板，防止冷氣外跑，提高機柜的制冷能力，減少空調冷量損耗。

根據計算數據中心機房的IT負載匹配對應制冷量，結合機房風速合理優化末端空調開機數量，關閉多余空調，單臺空調（按8KW計算）一年就能夠節省5760度電。

3.7嚴格機房出入審批，加強機房管理

日常維護及施工人員進出機房，需及時關閉機房門，減少外部熱空氣進入。維護人員盡量通過遠程維護，減少進入機房次數，機房做到人走燈滅，減少照明熱量輻射，避免機房溫度和濕度的升高，從而減少空調制冷量損耗，降低空調系統能耗。

四、結束語

綜上所述，本文從以上幾個方面對空調系統節能性進行了研究分析，通過各項節能措施，使數據中心達到節能減排和低碳環保的效果，最后達成可持續綠色運營的目的。

參 考 文 獻

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