数据中心制冷节能技术应用分析

饶志明 宋华

摘要：近年来，众多行业的发展都渗透了绿色发展的概念，将节能技术大力推广到行业中各个生产环节，企业的整体能源消耗降低有了显著改善。但是随着能源的匮乏问题日益严峻，各企业越来越重视节能技术的应用，尤其是数据中心制冷节能技术的应用。本文通过探讨在数据中心中经常使用的制冷节能技术，为众多企业提供数据中心节能技术的应用参考。

关键词：数据中心;制冷;节能技术;应用

近年来，绿色发展、节能环保的理念逐渐在众多行业领域中得到渗透和发展，成为提升发展综合效益的重要方式。正因为如此，越来越多的主体在实际发展过程中积极探索能够将节能技术运用到特定环节中的方法。数据中心作为一套复杂的设施，不仅包括计算机系统及与之配套的诸如通信系统、存储系统等子系统，同时，还包括保证数据中心持续、稳定运行的配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统。相关研究表明，数据中心中的制冷系统是整个中心中耗电量最大的部分，其所占数据中心总耗能的30%～45%。在当前节能环保理念深入发展的情况下，如何将节能技术充分应用到数据中心的制冷系统之中，降低制冷系统的能耗，是数据中心规划建设中重点考虑和解决的问题，也是影响数据中心建设效益的重点所在。调查显示，目前我国数据中心建设中的制冷系統通常采用自然冷却技术、双冷源分布式热管背板冷却技术或者热交换器来对数据中心进行制冷，优化数据中心的空调气流，达到制冷兼具节能的效果，对这些数据中心规划和建设中常用到的制冷节能技术进行应用性的分析，以丰富数据中心制冷中节能技术的运用研究。

1 数据中心机房制冷模式

1.1 机房级制冷

空调机布置在机房（分散或集中布置），冷空气通过活动地板下的静压箱或吊项上的风道向冷通道送风。对于热密度>5 kW/机柜，采用下送风方式，按冷热通道的布局原则，在机柜上部也会产生局部热点;为解决局部热点问题，机房级制冷可采用冷（热）通道封闭的方式;当然首先还应采用盲板等措施防止机柜后部排出的热空气返流至机柜前部进风口。封闭冷（热）通道的方法简单易行，能解决8～10 kW/机柜的发热量;在设计阶段应将高热密度的机柜集中布置，以便实现冷（热）通道封闭，并使空调系统制冷效率提高。

1.2 机柜冷池级制冷与机柜排级制冷（行级制冷）

多台柜式制冷终端分散布置在靠近高热密度的机柜旁，送出的冷空气水平方向进入机柜前部;制冷主机为各制冷终端提供冷水或氟利昂来带走热空气的热量;制冷终端的数量和制冷量根据柜负荷确定，单机柜的制冷量可达30 kW。

1.3 机柜级制冷

高密度封闭机柜采用柜内冷却方式，减少冷量在机房内的浪费，利于迅速、准确控制每个机柜内的环境。

1.4 局部热点冷却

现在使用最多机房级制冷模式中，常常存在热点;为降低热点的温度，往往将机房专用空调机设定温度降低，造成能耗增长;为解决热点的冷却问题，可以在热点附近安装局部的制冷终端。在上述的冷池级、排级制冷模式中的柜式制冷终端也可用于局部热点冷却;另外可采用吊顶式、机柜顶部式、背板式等形式的制冷终端;这些制冷终端可局部使用也可大量使用。

2 数据中心制冷节能技术应用分析

2.1 水侧节能技术

水侧冷冻系统是通过室外环境来降低数据中心温度的效果，主要是通过室外环境来供给数据中心的冷水，这种技术在不耗费制冷能源的情况下，将水冷却到适当的温度。一般而言，水侧冷冻系统主要由冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵以及通冷冻水型专用空调末端构成，该系统主要采用集中式的冷源，系统中的冷水机组的制冷效率高，并且冷却塔的放置位置灵活，在运行过程中产生的噪音也偏小，并且在规模化使用时还可有效地节省建造和维护成本。

在水侧节能系统中，冷水机组系统上安装有附加风扇的换热器，当数据中心运行环境中的温度可以通过制冷的方式实现散热的目的时，节能系统就会切换到以换热器为主的模式，并对环境中的温度进行自动化监测。在系统实际运行过程中，当数据中心外界的环境温度达到所设置的范围时，水冷机组的制冷功能会进入暂停状态，水侧节能系统的节能功能将会启动。

在水侧节能系统中，水的蒸发冷却系统因为具有更多可供灵活选择的功能，并且受数据中心环境性因素的影响偏少而成为数据中心制冷系统中使用比较多的技术系统。虽然也有些企业在数据中心规划和建设过程中使用地热系统来对疏散中心的热量，但这种散热系统的效果在散热的持续性和节能性等方面要明显地弱于水的蒸发冷却系统。

2.2 风侧自然冷却节能技术

所谓的风侧自然冷却系统是指数据中心建设中，室外空气直接通过滤网或间接通过换热器将室外的空气冷量带入数据机房内，进而对IT设备进行降温的冷却技术。与水侧自然冷却系统相比，风侧自然冷却系统的节能效果更加直接和明显，该系统在运行过程中会减少能量之间的转换和传递环节，从而避免不必要的能量损耗，提升数据中心制冷的效果。在技术层面，风侧自然冷却技术实现了冷源与负荷中心的直接接触，使得系统运行不再依赖于传统空调系统中的制冷机组的辅助降温，从而减少数据中心空调系统的能耗。

风侧自然冷却系统的原理决定了其更多地是借助外界环境中的冷温空气向数据中心传送的方式来达到热量交换和冷却的效果，这就决定了数据中心的位置要符合长期持续性冷空气的标准，否则就会制约自然冷却的效果。因此，风侧自然冷却技术通常会在高纬度地区应用。而我国大部分地区的全年平均气温在20℃以下，这一温度分布特点为风侧自然冷却系统的运用提供了自然性的优势条件。当然，风侧自然冷却节能技术的运用除了与数据中心所处环境中的温度和湿度有关以外，还与室外的空气质量有着直接性的关联，如果空气质量偏差，势必会对系统中的设备产生负面影响，造成系统整体功能弱化。例如我国华北地区的空气污染情况比较严重，大气中的水分、污染物以及氧气等成分会对数据中心的IT设备中的金属元器件产生较大的腐蚀作用，同时也会使设备中的非金属元素加速老化，对设备造成永久性的损坏。因此，在实际的数据中心应用过程中，除了要考虑风侧节能系统在将主系统的热负荷进行疏散、制冷的优势以外，还要根据数据中心所处的地理环境情况来进行综合性的分析权衡。

2.3 交直流双路直供电方案

目前较为常用的交流供电系统的路由、发电机组以及其他设备都是双份，早成结构过于臃肿，提升了供电系统的耗电量，与节能概念背道而驰。交流供电系统由于各项设备长期高负载运行，系统供电效率低下，所以采用交流直供供电模式改善这一状况。此种方法可以降低UPS供电过程中的电能损失，提升系统的供电效率，最终实现数据中心制冷节能的目标。通过众多的实践应用案例得出，此法的运行效率较传统的交流供电效率高，直接略过UPS双逆变环节，实现节能目标。

3 结语

综上所述，在经济迅速发展的过程中，各行业中企业的数据中心的能耗大大增加，为现存的能源局势增加了压力，所以通过数据中心制冷节能技术的应用和推广，充分发挥自然冷源系统和主动制冷系统达到绿色工程，节能减排的目的，积极响应国家的政策，实现能源的可持续利用。

参考文献：

[1]于洪爽.数据中心风侧自然冷却节能方案探讨[J].智能建筑与智慧城市，2018（2）：40-41.

[2]许梦玫，翟晓强，李国柱，等.数据中心冷却技术的研究进展[J].建筑科学，2018（8）：124-132.

[3]张素丽.数据中心冷水系统自然冷却节能分析[J].暖通空调，2016（5）：80-83.

作者身份证号：饶志明36253119860204031X宋华210124198901151028