数据中心自然冷却方式分析

杨菲菲

【摘 要】数据机房IT设备或其工艺需要低温水冷却降温，甚至在冬季仍然需要空调供冷，冬季与过渡季节室外温度较低，由于数据机房IT设备及其工艺对环境温度要求严格，空调系统全年运行，合理利用免费的自然环境能源降低数据机房的运行能耗成为节能减排绿色低碳的关键。本文对数据中心不同的的自然冷却方式进行了分析。

【关键词】数据中心 自然冷却 数据机房

【Abstract】data room IT equipment or processes require cryogenic cooling water cooling， even in winter， still need air conditioning cooling， winter and transition seasons outdoor temperature is low， due to the data room IT equipment and technology strict requirements on the ambient temperature， the air conditioning system year-round operation， the rational use of the free energy of the natural environment to reduce the energy consumption data room has become the key to low-carbon energy saving green. In this paper， the data center of the different natural cooling were analyzed.

【Key words】naturally cooled data center data room

数据机房IT设备或其工艺需要低温水冷却降温，甚至在冬季仍然需要空调供冷，所以冷水机组、冷却塔、冷却水泵和冷冻水泵往往要求全年运行，系统运行能耗高，运行成本高。自然冷却技术通过合理使用环境气温或者水温减少空调能源消耗。当室内环境温度高于室外环境温度时直接利用室外空气作为冷源载体，将低温空气或水送入室内，经过气-气或气-水热交换后，达到为室内降温的目的，特别在冬季有显著的节能效果。

1 原理

自然冷却技术原理自然冷却技术特点就是合理利用自然界天然冷空气作为冷源，替代冷水机组运行，从而减少空调的能耗。

2 分类

根据冷源载体不同，自然冷却技术分为新风直接冷却和冷却水间接冷却，两者都采用环境温度调节室内气温，适合冬季空调供冷。其中新风直接冷却采用的是环境空气作为冷源直接利用市外冷空气来冷却房间或者设备，他通常用在对温湿度要求不高的数据机房。冷却水间接冷却是指利用干冷器间接利用市外冷空气将水冷却到可以用来给数据机房冷却的水平。间接自然冷却方式，目前常用的是冷冻水机房专用空调系统，配合适用于冬季自然冷却的大冷却塔（比夏季工况用冷却塔容量要大3-4倍，以便尽可能延长自然冷却的时间），及隔离冷水系统及冷却水系统的板式热交换器。

3 实例分析

结合实际工程案例，本文对数据中心新风自然冷却式空调系统着重介绍。新风自然冷却式空调系统主要解决空调系统能源消耗大的问题，有效的利用了室外新风免费提供的冷量。在利用新风的季节中，停止运行精密空调，或运行部分精密空调机组，以降低空调系统运行成本，减少精密空调机组开机时间，降低用电量；同时延长精密空调寿命，降低机组维修保养费用，提高经济性。

3.1 工作方式

（1）夏季：当室外温度高于20℃时，自然冷却盘管将停止工作。机柜排风直接回到精密空调进行制冷运行。运行方式为传统的精密空调下送上回方式。（2）冬季与过渡季节：室外温度低于20℃时自然冷却机组开始工作。机柜排风首先被自然冷却机组吸入，并由机组冷却后，送入精密空调回风侧。由于自然冷却机组已经抵消了部分热负荷，精密空调压缩机开始卸载工作。

3.2 系统优势

高效节能，节能效率高达40%以上；作为单独的节能机房产品，可以用于任何机房。新建和改造均可使用；不受机房空调品牌限制，可以与任何机房空调配合使用；安装灵活，置于热通道上，不影响管线走向；冷媒作为载体工作，无任何防冻要求。简化了系统，提高可靠性；冷媒作为载体，机房中无水患泄漏危险。

单个数据机房自然冷却机组满载使用状况总结于表1-1.机房气流组织如图1-1，对应数据机房建筑设置如图1-2.

数据机房自然冷却气流组织示意图 图1-1 采用自然冷却系统数据机房外观 图1-2

单个数据机房自然冷却机组满载使用状况表 表1-1

室外新风温度 新风自然冷却机组所承担房间负荷百分比 精密空调 运行时间占全年百分比

-5℃ 100% 不需开启 约50天占全年13.7%

0℃ 82.2% 部分开启 约35天占全年9.6%

5℃ 64.4% 部分开启 约30天占全年8.3%

10℃ 56.7% 部分开启 约60天占全年16.4%

相当于满载运行时负担100%室内负荷运行时间占全年比例33.7%，节能效果显著。

4 结语

随着室外温度降低，冷盘管制冷量进一步提升，室外温度低至10℃以下时，冷负荷达到最大。当自然冷却机组所提供冷量与机房发热量匹配后，精密空调压缩机不开启。利用新风直接作为室外冷源，经过预热或和回风混合后，送入数据机房实现冷却数据设备，并将多余的废热排放到室外实现机房空调的效果。这种方式不仅可有效保证空调区域的空调效果还可显著提升空调区域的空气品质并且节约了大量的精密空调运行所消耗的电能，从而起到了降低能源消耗的目的。