摘要：為加速實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的目標,在合理、高效、最大化地利用室外自然冷源的同時,更不能忽視機械制冷系統(tǒng)本身能效的提升。加強自然冷卻與機械制冷的協(xié)同,降低數(shù)據(jù)中心PUE,充分發(fā)揮安全穩(wěn)定、高效運行的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)自身能效至關(guān)重要。本文通過對氣流組織、供/回水溫度和冷卻系統(tǒng)部件及形式3個方面的研究梳理,總結(jié)分析數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)節(jié)能提效有關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用進展,從而為綠色、高效數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的研發(fā)提供參考和借鑒。

數(shù)據(jù)中心作為承載各類數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其機架建設(shè)數(shù)量和規(guī)模屢創(chuàng)新高。高速發(fā)展的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生了高能耗和高碳排放問題,2021年我國數(shù)據(jù)中心的年用電量已達到2166億kW·h,占全國總用電量的2.6%。對此,國家相關(guān)部門對數(shù)據(jù)中心能耗提出了更嚴格的要求,截至2023年,全國大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率(PUE)需降至1.3以下。而目前我國數(shù)據(jù)中心PUE平均在1.4以上,且有不少地區(qū)超過1.8。因此,數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排刻不容緩。

數(shù)據(jù)中心能耗的40%由冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生,提升冷卻系統(tǒng)能效是加快數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的重點環(huán)節(jié)。目前數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)運行方式仍以機械制冷為主,系統(tǒng)全年能耗居高不下。合理利用室外自然冷源可以有效延長自然冷卻時間,降低冷水機組工作負荷,提升系統(tǒng)整體能效,但在夏季高溫環(huán)境中,仍需要機械制冷提供必要的冷量。為進一步提升機械制冷本身能效和自然冷源利用率,增強自然冷卻與機械制冷的協(xié)同能力,降低數(shù)據(jù)中心PUE,國內(nèi)外學(xué)者對數(shù)據(jù)中心機械制冷本身及其耦合系統(tǒng)開展了一系列研究工作,例如:送風(fēng)結(jié)構(gòu)、通道封閉及氣流組織管理;提高冷凍水供回水溫度和溫差;采用磁懸浮離心式冷水機組和部分部件變頻控制;熱管冷卻、冷卻塔冷卻、間接蒸發(fā)冷卻、蒸發(fā)冷凝等技術(shù)。筆者通過對上述數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)相關(guān)文獻的梳理,從氣流組織、冷凍水供回水溫度、冷卻系統(tǒng)部件及形式3方面,總結(jié)分析數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的技術(shù)研究與應(yīng)用進展情況,為冷卻系統(tǒng)在新建和既有數(shù)據(jù)中心的節(jié)能應(yīng)用提供參考和指導(dǎo)。

1 氣流組織

隨著數(shù)據(jù)中心高密度化發(fā)展,合理地對機房內(nèi)氣流組織進行優(yōu)化,可以有效消除局部熱點,改善數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境,進而提升冷卻系統(tǒng)運行效率。當前數(shù)據(jù)中心采用的送風(fēng)形式主要有架空地板送風(fēng)和頂部送風(fēng),如圖1所示。架空地板送風(fēng)形式由于具有送風(fēng)空氣均勻、噪聲較小和節(jié)能環(huán)保等特點得到了較多關(guān)注。

1.1 送風(fēng)形式

早在2005年,S.Shrivastava等對“上送下回式”和“下送上回式”2種氣流組織進行了研究和對比,發(fā)現(xiàn)“下送上回式”氣流分布效果更好。劉鵬等通過CFD技術(shù)對上述2種氣流組織模擬分析,發(fā)現(xiàn)后者溫度場和速度場優(yōu)于前者,進一步驗證了下送風(fēng)形式的優(yōu)勢。為進一步優(yōu)化氣流組織,JinC.Q.等總結(jié)分析了從機房級別到服務(wù)器級別影響架空地板送風(fēng)的因素,表明氣流均勻性和熱性能主要受地板下通風(fēng)結(jié)構(gòu)的影響。

地板下通風(fēng)結(jié)構(gòu)主要受架空地板高度、穿孔地板穿孔率和靜壓層幾何結(jié)構(gòu)的影響。對于不同配置的數(shù)據(jù)中心,架空地板高度不是統(tǒng)一的,需要結(jié)合冷/熱通道封閉情況尋求最佳高度。ZhangM.等對在封閉不同通道情況下的架空地板高度進行研究,發(fā)現(xiàn)在封閉冷通道時架空地板高度應(yīng)為600~800mm,而在封閉熱通道時架空地板高度應(yīng)為400~600mm。此外,空氣出口流量大小主要取決于穿孔地板穿孔率,穿孔率的大小對于機房內(nèi)部熱性能至關(guān)重要。研究表明,當穿孔率為20%~30%時,氣流均勻性和熱性能達到最佳。對于靜壓層幾何結(jié)構(gòu),黃渤[27]提出了一種帶有局部擋板的地板下送風(fēng)結(jié)構(gòu),并對其進行仿真模擬分析,發(fā)現(xiàn)可以有效改善數(shù)據(jù)中心熱性能。耿云使用Airpak模擬了不同擋板角度對機房熱環(huán)境的影響,結(jié)果顯示:在高架地板下方搭建15°角擋板,靜壓層高度為700mm,地板穿孔率為20%時,冷卻效果最好。馬昕宇設(shè)計了一個梯形靜壓箱,使用該箱地板下送風(fēng)可以有效改善壓力分布不均勻?qū)饬鹘M織的影響,并通過CFD模擬得到了靜壓箱最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。

由此可見,架空地板送風(fēng)是目前數(shù)據(jù)中心所采用的主要送風(fēng)形式,其性能的優(yōu)劣主要由地板下通風(fēng)結(jié)構(gòu)所決定,封閉不同通道時的架空地板最佳高度是不同的;當穿孔地板穿孔率為20%~30%時,氣流均勻性和熱性能最優(yōu)。但該方面多集中于單個因素的研究與改進,對于多參數(shù)組合的研究和優(yōu)化有待加強,應(yīng)綜合探究其影響。

1.2 冷/熱通道封閉

在冷/熱通道方面,當采用地板下送風(fēng)形式時,機柜通常以“面對面、背靠背”的形式排列,容易造成冷/熱氣流摻混,為防止冷氣流旁路和熱氣流再循環(huán),研究人員提出了封閉冷/熱通道的措施。

在封閉冷通道方面,秦冰月等和R.Schmidt等基于實際數(shù)據(jù)中心研究了冷通道封閉前后的能耗,結(jié)果顯示:冷通道封閉后,制冷能耗節(jié)約超過59%。還有一些學(xué)者研究了冷通道封閉前后進出風(fēng)的溫度變化,采用封閉冷通道后,送風(fēng)溫度可提高3℃,機柜的進出風(fēng)溫度平均下降2~3℃,冷量利用更加充分。在封閉熱通道方面,陳文輝采用DeST模擬了熱通道封閉前后數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的全年能耗,對比發(fā)現(xiàn),封閉熱通道后,冷卻系統(tǒng)能耗下降約9.6%。雖然上述研究證明了封閉冷通道或熱通道的優(yōu)勢,但并未在結(jié)構(gòu)上對其進行改進。在通道結(jié)構(gòu)上,S.A.Nada等研究了側(cè)面封閉的半封閉冷通道和從側(cè)面和頂部封閉的全封閉冷通道,發(fā)現(xiàn)二者均能夠改善數(shù)據(jù)中心熱性能。WangI.N.等提出了一種新型抽屜式機架,可以有效增大熱通道空間并減小冷通道空間;與傳統(tǒng)抽屜式機架相比,新型抽屜式機架的最高入口溫度可降低13.3℃。此外,可以在冷通道或熱通道中添加擋板,防止冷熱氣流混合。YuanX.L.等提出在機架的進氣口中設(shè)置柔性擋板,進而改善氣流分布。劉義軍等對采用“V形”和“Λ形”擋板時的冷通道封閉系統(tǒng)進行仿真模擬,研究顯示二者最佳靜壓高度分別為0.5m和0.6m,最佳穿孔率均為20%,但前者溫度分布更均勻。

由此可見,封閉冷通道或熱通道均能夠改善氣流組織和熱性能,但相對于封閉熱通道,封閉冷通道節(jié)能效果更好;在冷/熱通道中增加擋板或改變通道其他結(jié)構(gòu),對改善機房熱環(huán)境也有著顯著作用。

2 供/回水溫度

數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的工作原理是通過送回風(fēng)溫差或供回水溫差等驅(qū)動空氣、水、制冷劑等傳熱介質(zhì)循環(huán),將機房內(nèi)產(chǎn)生的熱量排出到室外環(huán)境中。在此過程中,各個傳熱介質(zhì)的溫度和溫差選取,不僅直接關(guān)系到相關(guān)制冷設(shè)備的選型和運行,更會影響到數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的整體能耗。對于常用的數(shù)據(jù)中心冷水系統(tǒng),其冷凍水供/回水溫度對提升系統(tǒng)整體能效有著至關(guān)重要的作用。根據(jù)GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》,機房冷凍水供/回水溫度為7~21℃/12~27℃,這對采用較高供/回水溫度實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能具有很好的指導(dǎo)作用。合理提高冷凍水供/回水溫度和采用大溫差技術(shù)可以顯著提升冷水機組工作效率,降低數(shù)據(jù)中心PUE。

2.1 提高冷凍水供/回水溫度

數(shù)據(jù)中心通常采用冷水機組作為機房冷源,其水系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行極為重要,尤其是冷凍水供/回水溫度。適當提高冷凍水供/回水溫度可以提升冷水機組中蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力,降低壓縮機的壓縮比,提升冷水機組能效。

冷凍水供水溫度每提高1℃,冷水機組能效可提高2%~3%。陸瓊文總結(jié)分析了某品牌冷水機組在不同冷凍水供水溫度下機組的COP,與冷凍水供水溫度為7℃時相比,供水溫度為15℃時,冷水機組COP提高26.3%;每提高1℃冷凍水供水溫度,冷水機組COP約提高3.3%。毛路等結(jié)合中國人壽數(shù)據(jù)中心實際工程應(yīng)用方案,分析了冷凍水供水溫度對冷水機組效率的影響(如圖2所示),并據(jù)此選擇了適合該工程的冷凍水供/回水溫度。熊成利用TRNSYS軟件分析不同負荷條件下空調(diào)系統(tǒng)最優(yōu)供水溫度及最高節(jié)能效率。羅露等運用MATLAB軟件分析了變供水溫度對制冷系統(tǒng)能耗、流量及冷凍水供/回水溫度的影響,發(fā)現(xiàn)變流量方式較原基礎(chǔ)方式可節(jié)能7%。

2.2 大溫差技術(shù)

大溫差技術(shù)主要是通過提升數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)中冷凍水供回水溫差減小流量,進而降低水泵和冷水機組能耗,提升系統(tǒng)節(jié)能效果。降低供水溫度的同時提升回水溫度是國內(nèi)外增大水系統(tǒng)溫差所采用的主流方式,但降低供水溫度會增大冷水機組制冷負擔,因此采用合理的水系統(tǒng)溫差格外重要。

蔣吉敏分析了影響冷凍水大溫差主體性能的主要因素,且提供了部分優(yōu)化設(shè)計方案。張淇淇通過對大溫差冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心項目的節(jié)能性分析,基于假定的系統(tǒng)模型研究計算了不同冷凍水供回水溫差條件下系統(tǒng)的冷水機組能耗,如表1所示,溫差每提高1℃,單位制冷量能耗下降約0.2%?？抵虏┗趯?shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)大溫差供冷工況下換熱器的優(yōu)化設(shè)計,計算得到優(yōu)化后的冷凍水供/回水溫度為15℃/20℃,與常規(guī)7℃/12℃相比,每年可節(jié)省106.52萬元電費。趙磊等通過實際項目對大溫差技術(shù)進行了分析,當冷水溫度由7℃/12℃提高到18℃/28℃時,離心式冷水機組的COP可提高25%。

綜上所述,針對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的供/回水溫度,一方面要提高冷凍水供/回水溫度,提升冷水機組制冷效率;另一方面要采用大溫差技術(shù),增大系統(tǒng)冷源側(cè)換熱溫差,降低系統(tǒng)中水泵能耗。但同時應(yīng)考慮二者附帶的不利影響,例如,冷凍水供/回水溫度提高會提升空調(diào)末端進出風(fēng)溫度,導(dǎo)致風(fēng)機功耗增大;影響電子元器件耐受性和壽命等。數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)采用提高冷凍水供/回水溫度和大溫差技術(shù)應(yīng)結(jié)合實際需求統(tǒng)籌考慮,尤其是既有數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造。

3 冷卻系統(tǒng)部件及形式

數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的整體,其中任何一個部件的變化都會影響到系統(tǒng)的整體性能。通過對系統(tǒng)中部分組件進行合理的選型和管理,不僅可以提高相關(guān)部件的運行效率,還能進一步提升系統(tǒng)能效。此外,合理、有效、最大化利用室外自然冷源,充分發(fā)揮冷水機組的靈活性和可控性,也是降低冷水機組工作負荷和實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的重要舉措。

3.1 系統(tǒng)局部提效

在數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)運行時,壓縮機的能耗居于首位,直接影響冷水機組的制冷效率和系統(tǒng)能效。因此,可通過壓縮機設(shè)備的選型更換、變頻控制等實現(xiàn)局部提效。傳統(tǒng)蒸氣壓縮系統(tǒng)中需要使用一定量的潤滑油減輕部件的磨損、散熱、密封等,但潤滑油的存在會降低傳熱性能,增大冷水機組工作負荷。針對這一情況,研究人員開發(fā)了磁懸浮離心式壓縮機。張嫻等對海南某數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)進行了研究,當冷水機組全部運行,負載率為70%~80%時,磁懸浮離心式冷水機組的COP在15以上。LyuW.H.等模擬分析磁懸浮離心式冷水機組對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的節(jié)能性和經(jīng)濟性的影響,并結(jié)合南京某高校小型數(shù)據(jù)中心長期監(jiān)測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)磁懸浮離心式冷水機組在不同負荷條件下的平均COP在8~10變化,高于傳統(tǒng)離心式冷水機組和渦旋式冷水機組,可節(jié)能10%~40%。孫潔等針對夏熱冬冷地區(qū)研發(fā)了數(shù)據(jù)中心專用小壓比磁懸浮變頻離心式冷水機組,經(jīng)測試,該機組全年綜合能效比在5以上;此外,還建立了小壓比磁懸浮變頻離心式冷水機組的性能系數(shù)半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?根據(jù)其特性提出了具體的運行控制策略。婁小軍等利用參數(shù)分析法計算得到了不同城市數(shù)據(jù)中心在不同工況下采用變頻冷水機組的節(jié)能效果,結(jié)果顯示:變頻冷水機組相較于定頻冷水機組可以對數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)顯著的節(jié)能減排效果。

冷凍水泵、冷卻水泵的變頻調(diào)節(jié)、管道優(yōu)化和水閥控制也是系統(tǒng)局部提效的重要方法。黃國瑞等以上海某金融類數(shù)據(jù)中心為研究對象,利用TRNSYS仿真平臺搭建其冷卻系統(tǒng)能耗模型,分析水泵變頻改造后數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排效果,結(jié)果顯示:在負載率10%~20%下,水泵變頻改造后,水泵能耗降低150~168kW。YuF.W.等提出了一種基于建筑變負荷的冷凍水泵變頻控制策略,試驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的定頻運行策略相比,變頻控制策略能夠使系統(tǒng)能耗降低19.7%。管道布置和其他的一些結(jié)構(gòu)改進也會影響系統(tǒng)的節(jié)能效果。為消除完全自然冷卻工況下需要克服額外冷水機組蒸發(fā)器阻力的缺點,研究人員針對冷凍水側(cè)和冷卻水側(cè)分別提出了新的連接方式,如圖3所示。但這樣做額外增加了管道和閥門,同時增大了阻力損失和泄漏風(fēng)險。在水閥方面,唐瑞等設(shè)計了一個新型混水溫控閥,相比T形三通閥混水出現(xiàn)溫度分層現(xiàn)象,該溫控閥混水溫度分布均勻,有助于降低冷水機組能耗。

綜上所述,數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)中各個部件的優(yōu)化能夠提升系統(tǒng)整體能效。如采用磁懸浮冷水機組,較傳統(tǒng)冷水機組可節(jié)能10%~40%;對系統(tǒng)中水泵采用變頻控制,與定頻運行相比,系統(tǒng)能耗可降低20%左右;此外,通過對系統(tǒng)中管道的優(yōu)化和閥門的改進,也能實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗。但冷卻系統(tǒng)中各部件或多或少都會對系統(tǒng)性能有所影響,節(jié)能優(yōu)化涉及的因素更為復(fù)雜多樣,且各因素相互影響,局部提效在實際應(yīng)用中往往不能達到預(yù)期效果,如何確保優(yōu)化后的部件與系統(tǒng)中其他各部件高效協(xié)同運行是一大難點,也是下一步需要重點關(guān)注和解決的問題。

3.2 機械制冷耦合自然冷卻

除了對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)局部上的一些優(yōu)化改進,在系統(tǒng)形式方面也有著一定的研究進展。自然冷卻技術(shù)是數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的一項關(guān)鍵技術(shù),可以有效降低冷水機組全年工作負荷。自然冷卻技術(shù)主要通過空氣換熱器、水換熱器和熱管換熱器等方式利用室外自然冷源對數(shù)據(jù)中心冷卻,但當室外溫度較高時,仍需要開啟機械制冷系統(tǒng),由冷水機組補充必要的冷量。對于自然冷卻與機械制冷耦合的復(fù)合系統(tǒng),目前數(shù)據(jù)中心常用的主要是冷卻塔自然冷卻和蒸發(fā)冷卻。

3.2.1冷卻塔供冷

冷卻塔供冷可以有效縮短冷水機組的啟動時間,降低能耗,提高自然冷源利用率。根據(jù)應(yīng)用形式的不同,可分為冷卻塔直接供冷系統(tǒng)和冷卻塔加板式換熱器的間接供冷系統(tǒng),如圖4所示。

目前,冷卻塔供冷廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心,且已經(jīng)取得了顯著成效。李佐洋等以重慶某數(shù)據(jù)中心為研究對象,使用冷卻塔供冷技術(shù)對該數(shù)據(jù)中心進行自然冷卻,每天可節(jié)能7990kW·h,節(jié)能率為8.05%。馮瀟瀟基于冷卻塔間接冷卻系統(tǒng)的研究,在冷卻塔進風(fēng)側(cè)添加了一個空氣-水表面式換熱器,設(shè)計了間接蒸發(fā)冷卻塔系統(tǒng);采用該系統(tǒng)后,自然冷卻的全年可利用時間得到進一步延長,且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在冬季能起到防凍的作用;但該系統(tǒng)需要配置額外的設(shè)備和管路,一方面增加了投資,另一方面加大了系統(tǒng)運行控制的復(fù)雜性。

3.2.2蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻技術(shù)是一種利用水蒸發(fā)吸熱制冷的綠色節(jié)能技術(shù)。蒸發(fā)冷卻式冷水機組是主要工作設(shè)備,其實質(zhì)是產(chǎn)出介質(zhì)為冷水的蒸發(fā)冷卻-機械制冷聯(lián)合冷水機組。HuangX.等提出了一種間接蒸發(fā)冷卻器預(yù)冷進氣,將其應(yīng)用到我國新疆維吾爾自治區(qū)的數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的自然冷卻。陳璐等針對間接蒸發(fā)冷卻機組占地面積大和數(shù)據(jù)中心出架率較低的問題,提出了一種空調(diào)系統(tǒng)新型架構(gòu)模式,即冷凍水系統(tǒng)與間接蒸發(fā)冷卻機組頂層應(yīng)用相結(jié)合,為數(shù)據(jù)中心實際應(yīng)用提供參考。郭志成等以新疆地區(qū)冬季室外冷空氣為工作條件,研發(fā)一種復(fù)合乙二醇自然冷卻技術(shù)的蒸發(fā)冷卻式冷水機組,并設(shè)計了單面進風(fēng)蒸發(fā)冷卻式冷水機組和雙面進風(fēng)蒸發(fā)冷卻式冷水機組2種方案,如圖5所示,經(jīng)測試節(jié)能效果顯著。

近年來,為增強蒸發(fā)冷凝技術(shù)的預(yù)冷效果,減少冷水機組的能耗,蒸發(fā)冷凝技術(shù)在數(shù)據(jù)中心得到了推廣和應(yīng)用。蘇曉青等研究了蒸發(fā)式冷凝冷水機組在數(shù)據(jù)中心的適用性,將該機組與水冷式冷水機組進行比較,結(jié)果顯示蒸發(fā)式冷凝冷水機組節(jié)能約29.5%。區(qū)志江利用VB軟件對適用于機房空調(diào)領(lǐng)域的蒸發(fā)式冷凝冷水機組進行優(yōu)化設(shè)計,相比水冷式冷水機組,優(yōu)化后的蒸發(fā)式冷凝冷水機組性能提高14.0%,節(jié)能12.8%。吳東青等針對新疆地區(qū)冬季氣溫較低的特點,為防止冷水在冬季結(jié)冰,對蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)中的冷水系統(tǒng)添加45%乙二醇(凝固點溫度為-32℃)溶液,采用該技術(shù)后,數(shù)據(jù)中心PUE為1.362。WuX.Y.等為提高數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)在炎熱干燥夏季的能效,避免寒冷冬季結(jié)冰,提出了配置板管式蒸發(fā)冷凝器的冷水機組,并在干燥寒冷西北地區(qū)數(shù)據(jù)中心使用了一年,數(shù)據(jù)中心年均PUE可達1.32。劉振宇等為加大自然冷源的使用時間,將蒸發(fā)冷卻、蒸發(fā)冷凝、機械制冷技術(shù)結(jié)合,提出一種新型數(shù)據(jù)中心用蒸發(fā)冷卻(凝)空調(diào)機組,對比分析了新疆某數(shù)據(jù)中心年耗電量,采用蒸發(fā)冷卻(凝)空調(diào)機組年節(jié)電率可達51.4%。

綜上所述,冷卻塔供冷和蒸發(fā)冷卻,尤其是冷卻塔間接供冷和間接蒸發(fā)冷卻,二者均在數(shù)據(jù)中心實際應(yīng)用中取得了顯著成效,能夠充分利用室外自然冷源,降低冷水機組工作負荷。二者冷卻系統(tǒng)各有千秋,在實際設(shè)計數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)時,應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件、機房的實際情況等,充分利用室外自然資源,選擇合適的供冷系統(tǒng),從而達到數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的目的。此外,目前的研究大多數(shù)只考慮某一種自然冷卻技術(shù)與機械制冷耦合。但實際上,對于某些氣候條件下的數(shù)據(jù)中心,如果能夠?qū)崿F(xiàn)多種自然冷卻技術(shù)與機械制冷的聯(lián)合應(yīng)用,節(jié)能效果將更加顯著。

4 結(jié)論

為應(yīng)對高密度、集中化、模塊化的數(shù)據(jù)中心制冷需求,筆者基于氣流組織、供回水溫度和冷卻系統(tǒng)部件及形式3個方面,對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結(jié)分析,得出如下結(jié)論:

1) 在氣流組織方面:采用架空地板送風(fēng)和冷/熱通道封閉技術(shù)不僅可以有效改善氣流組織熱性能,消除局部熱點,還能夠提升機房送風(fēng)溫度,進而降低冷水機組工作負荷,提升系統(tǒng)能效。研究表明,采用冷通道封閉,機柜進出口溫度可降低2~3℃,溫度均勻性提升。未來數(shù)據(jù)中心要注重探索多組合送風(fēng)和智能化送風(fēng)。

2) 在供/回水方面:一方面要提高冷凍水供/回水溫度,冷凍水供水溫度每提高1℃,冷水機組能效可提高2%~3%;另一方面要增大供/回水溫差,降低水泵能耗,提高系統(tǒng)節(jié)能效果。在提高冷凍水供/回水溫度和大溫差時,既要強化節(jié)能降耗的主導(dǎo)作用,又不可忽視其附帶的不利影響,應(yīng)統(tǒng)籌考慮,綜合評判。

3) 在冷卻系統(tǒng)部件及形式方面:從系統(tǒng)局部提效來講,采用磁懸浮離心式壓縮機、變頻控制、管道優(yōu)化、閥門改造等部件技術(shù)改進,可以使機組更加穩(wěn)定可靠、節(jié)能、避免喘振、快速重啟等,進而提升系統(tǒng)能效;從系統(tǒng)整體節(jié)能來講,主要是自然冷卻和機械制冷復(fù)合的冷水機組,其中冷卻塔間接供冷和間接蒸發(fā)冷卻以各自獨特的優(yōu)勢得到關(guān)注,能夠有效提高自然冷源利用率,降低冷水機組工作負荷。但在實際設(shè)計應(yīng)用時,應(yīng)結(jié)合所處環(huán)境,因地制宜,采取合適的供冷系統(tǒng)。

本文標題：數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)研究及應(yīng)用進展

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