自然冷却技术在数据中心的应用分析

范成龙

摘 要：随着云计算和大数据时代的到来，数据中心的数量也在不断增多。数据中心的能耗也随之增加，其中空调系统的能耗就占了很大一部分。文章分析了新风自然冷却系统在数据中心空调系统的应用，结果显示有很好的节能效果。

关键词：数据中心；自然冷却；节能

中图分类号：TP308 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0177-02

Abstract： With the advent of the era of cloud computing and big data， the number of data centers is also increasing. The energy consumption of the data center also increases with it， in which the energy consumption of the air conditioning system accounts for a large part. The application of natural cooling system of fresh air in data center air conditioning system is analyzed in this paper. The results show that it has good energy saving effect.

Keywords： data center； natural cooling； energy saving

引言

近年来，由于互联网技术的不断发展，对数据处理的需求也在不断增长，导致数据中心的数量也在不断增多。数据中心的能源消耗总量从2005年至2010年翻了一番[1]。IT设备散热量大，对数据中心温湿度控制要求高，需要常年制冷，制冷空调系统不可或缺，其能耗制占数据中心总能耗的40%左右。降低空调能耗对整个数据中心的能源效率具有重要意义。

在数据中心有许多有效的方法来节省冷却能源，如室内空气分配优化，机架式服务器传热增强，冷却器热性能改善等[2]。此外，自然冷却技术是一种新颖有前途的技术，通过充分利用自然冷却源，可以降低冷水机组的负荷率，从而节约冷却水的能耗[3]。由于效率高，排放低，数据中心采用的自然冷却技术近年来受到越来越多的关注。目前对室外自然冷源的利用主要有直接引入式和间接利用式两种方式。本文以夏热冬冷的上海地区为例，分析新风直接引入式自然冷却技术在数据中心应用的可行性与节能效果。

1 数据中心概况

为了研究新风直接引入式空调系统的节能潜力，在上海建立建筑模型作为研究对象，通过计算，对直接利用自然冷源的节能潜力及节能效果进行分析。机房长25米，宽16米，共有9排机柜，每排机柜数目为15台，共135台机柜，单机柜的功率为3kW。机柜采用冷热通道的方式进行布置。机房标准按照 ASHRAE TC 9.9的建议级标准进行设计，设备环境要求18～27℃，露点温度5.5℃到相对湿度60%和露点温度15℃对应的参数范围。

2 数据中心机房的负荷计算

机房的冷负荷是机房精密空调选型的重要依据，数据中心机房冷负荷一般由围护结构冷负荷、IT设备散热冷负荷、照明设备散热冷负荷以及人员散热冷负荷组成，由于数据中心机房平时一般没有工作人员，只是偶尔有人员进入机房进行巡查或调试，因此，人员散热所造成的冷负荷可忽略不计。取照明设备散热为8kW，该数据中心的总冷负荷为420kW。

3 上海地区气候条件

上海地区干球温度分布间如表1所示。

上海地区逐月温度如表2所示。

4 常规空调系统能耗计算

通過计算常规空调系统和新风直接引入式空调系统的能耗来分对比分析直接利用自然冷源的节能潜力及节能效果。首先计算常规空调系统的能耗，常规空调系统采用风冷精密空调系统。风冷精密空调系统总功率=总发热量/COP，取风冷精密空调系统性能系数COP为2.5[4]，则风冷精密空调系统总功率为420kW÷2.5=168kW。运行时间为8760小时，耗电量为1471680kW·h。

5 新风直接引入式空调系统的能耗计算

5.1 新风量的确定

5.3 新风直接引入式空调运行时能耗

当室外温度小于15℃时，采用新风直接引入式空调的能耗情况如表3所示。

当室外温度大于15℃时，采用常规空调系统，空调功率为168kW，运行时间为5071小时，耗电量为957768kW·h。即新风直接引入式空调的总耗电量为1015690 kW·h。

6 节能效果分析

7 结束语

通过计算结果可以看出，新风直接引入式自然冷却技术在夏热冬冷地区有很好的节能效果，大幅度降低了数据中心机房的耗电量，有良好的经济效益和社会效益，新风直接式自然冷却技术在其他地区的节能效果还需要根据不同地区的气候以及实际情况进行计算分析。通过ASHRAE/TC 9.9在2011年公布的《数据处理环境热指南》中可以看出，相比以前的标准对机房的温湿度环境要求有所放宽，这样就给自然冷却技术提供了更大的应用空间，自然冷却技术在数据中心的应用将越来越广泛。

参考文献：

[1]Sharma N， Barker S， Irwin D， et al. Blink： managing server clusters on intermittent power[C]// Sixteenth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems. ACM， 2011：185-198.

[2]Capozzoli A， Primiceri G. Cooling Systems in Data Centers： State of Art and Emerging Technologies[J]. Energy Procedia， 2015，83：484-493.

[3]Zhang Y， Wei Z， Zhang M. Free cooling technologies for data centers： energy saving mechanism and applications[J]. Energy Procedia， 2017，143：410-415.

[4]耿海波，李建尧，邹成.温和地区数据中心新风自然冷却节能技术探讨[J].暖通空调，2017，47（10）：19-25.