淺談數據中心制冷技術

丁國余

上海華東電腦股份有限公司 上海 200000

1 概述

現代的數據中心機房中都包括大量的計算機設備，對于這種場所的環境，都要求制冷系統必須在所有的時間都有效，擴容容易，維護簡便，有冗余，最重要的是性價比高。數據中心機房是現代信息化建設的基礎工程，為各個業務提供穩定、安全的工作環境，而機房的制冷系統就是這基礎工程的核心，根據數據中心的實際需求選擇合理的制冷技術，保證制冷系統的穩定，能夠保障其它系統發揮作用和核心業務正常運行。

2 設計標準

數據中心有一個特殊的設計標準，并于2005年4月，TIA技術委員會建立了世界上第一個綜合數據中心電信基礎標準TIA-942“數據中心電信基礎設施標準”。經（TR42）和美國國家標準協會（ANSI）批準。通過制定綜合性國外標準和國內數據中心也創建了相關的國內標準和標準數據中心設計規范GB50174-2017“電子信息系統機房設計規范”也于2017年5月4日發布于2018年1月1月1日開始實施。GB50174-2017中數據中心的分類規則如下：電子信息系統室分為三個層次：A，B和C[1]。

3 數據中心制冷節能措施

（1）縮短冷熱氣傳輸距離，減少傳輸阻力：涉及到IT機房面積和長寬尺寸、送風方案（下送上回或上送下回）、是否鋪設送風和回風管道、下送風地板高度。

（2）防止冷熱氣流混合：涉及到機架隔板的配置、機房冷熱通道布局、空調設備的正確安放、冷或熱通道封閉。

（3）就近制冷：對高密度機架采用就近制冷方案，可非常有效的減少冷熱氣流的混合，并大幅度降低空調功率，涉及到高密度機架的功率、數量和布局。另外，還必須配備就近制冷設備需要的冷源。

4 數據中心制冷技術

4.1 風冷直膨式精密空調

風冷直接膨脹精密空調主要包括壓縮機，蒸發器，膨脹閥，冷凝器，鼓風機，加濕器，控制系統等。制冷劑一般為氟利昂，單機制冷量為10-120千瓦。由于每個空調器相對獨立地控制和操作，因此具有容易冗余，高可靠性，易于安裝和維護，低能效和COP（性能系數）的優點。該值小于3.0。外部單元受管道距離的限制。

4.2 風冷冷水機組

風冷冷水機組為冷源生產冷凍水，機組生產的低溫冷凍水通過循環水泵進入冷凍水/冷媒換熱器，空調末端采用冷媒/冷凍水換熱型式精密空調，冷媒經換熱器與冷凍水換熱后進入機房空調，冷凍水管不進入機房。

4.3 水冷型冷水機組

傳統的風冷直接膨脹系統具有相對較低的能量效率和消耗設備功率，因此在數據中心建筑物中安裝風冷式冷凝器的位置非常差，并且數據中心的擴展受到限制。這是。此時，冷凍水系統將逐步應用于數據中心的制冷系統，冷水機組的COP可達3.0-6.0，大型渦輪冷水機組將更高，因此冷凍水系統將在數據中心消耗更多能源您可以顯著減少金額。

冷凍水系統主要包括冷卻器，冷卻塔，冷凍水泵，冷凍水泵和冷凍水型空調器端。該系統采用集中式冷卻源，冷卻系統冷卻效率高，冷卻塔處于靈活位置，有效抑制噪音，便于建筑美觀。

5 數據中心自然冷卻技術

5.1 水側自然冷卻

冬季室外溫度低，采用水側自然冷卻系統，冬季無需打開機械式冰箱，冷卻塔和板式換熱器“自由”制冷熱源 降低中心的能耗。水側自然冷卻系統是原始冷水系統上方的一組板式換熱器和相關的開關閥，冷卻器的機械冷卻仍然在炎熱的天氣中使用并由冷卻塔制備 低溫冷卻水用于寒冷季節。通過與高溫冷水進行熱交換，可以在過渡期冷卻前預冷低溫冷卻水和高溫冷水，以縮短冷卻負荷和運行時間。

5.2 采用二級盤管作為節能冷卻模式

在這種類型的節能冷卻模式下，直膨式機房精密空調包含一個獨立的二級冷凝水盤管，可在節能冷卻模式時使用。當室外空氣條件在設定值范圍內時，泵將冷凝水送入并穿過干式冷卻器，在這里利用室外冷風使冷凝水冷卻，然后將冷卻后的冷凝水送到機房精密空調的二級盤管。

6 數據中心制冷技術發展趨勢

6.1 節能方案和節能機房空調設備將大行其道

隨著綠色數據中心概念的深化，制冷系統的節能比以往任何時候都更受關注。制冷系統是數據中心的高功率消費者，占總能耗的30%-45%。在節能方案方面，也呈現百花齊放的現象，如優化送風方式、采用冷熱通道布局、冷熱通道隔離、智能群控、利用室外自然冷源等多種方案。

6.2 動態制冷更能適應虛擬化的需求

數據中心虛擬化的發展導致服務器和其他設備產生更大的熱波動，例如時間和空間的變化。這相應地要求冷卻系統適應這種趨勢，提供動態冷卻解決方案以滿足不同的時間和空間要求。目前，主要的應用技術是變排量壓縮機，風量智能調節技術（溫度控制或風壓控制），以及柱間制冷。

6.3 高熱密度制冷將成為數據中心發展的必然之路

伴隨著數據中心和服務器的發展，高熱密度冷卻的需求已經越來越強烈，并將在未來幾年逐漸滲透到各類型的數據中心。高熱密度冷卻在方案和設備上均和傳統的方案有較大的區別，冷卻末端越來越靠近熱源，以便提供更大的散熱能力和降低運行成本。

7 結論

隨著高密度IT設備的廣泛應用，對數據中心資源的要求致使服務器和存儲的數量大幅度增長，機架化的配置，使熱量進一步集中，能源成本不斷攀升以及人們對綠色環保的愈加重視促使節能需求越來越強烈，節能冷卻模式在某些天氣條件下的節能潛力對IT環境非常具有吸引力，如果配置了節能冷卻模式，寒冷月份可以利用室外空氣制冷，讓需要使用制冷劑的制冷組件，比如冷水機和壓縮機，可以關停不用或在以較低負荷運行，以提高數據中心能源效率（PUE），目前制冷系統也隨著數據中心的需求變化和能效要求而不斷發展。