关于数据中心精密空调节能方式的研究

吴俊

（云桥智能科技有限公司，安徽 合肥 230000）

数据中心的PUE值是Power Usage Effectiveness的简写，是数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE值是数据中心消耗的所有能源与IT设备负载消耗的所有能源比值，其值无限接近于1，却始终大于1。值越低，表明IT负载消耗得越少，即电力使用效率越高。数据中心消耗的能源包括IT负载（服务器设备、网络交换设备、存储设备等）、空气调节设备负载（精密空调设备、新风换气设备、暖通设备等）和输助负载（照明、插座、监控大屏等）等系统的消耗。其中精密空调设备负载在数据中心总负载中占比很大，所以有效的降低精密空调设备负载，则降低了数据中心的PUE值。

1 数据中心为什么选择精密空调

《数据中心设计规范》GB 50174-2017规定主机房内的温度、露点温度和相对湿度应满足电子信息设备的使用要求。主机房环境温度（开机时）18～28℃、35%～75%，不得结露。数据中心计算机主机及通讯设备是高精密的微电子设备，在运行时会产生大量的热量，且需要恒温恒湿的环境。温湿度的变化值会引起设备运行的不稳定，甚至会宕机，造成网络中断及数据丢失等严重后果。精密空调系统的设计是为了进行精确的湿度和湿度控制。

精空空调系统具有高可靠性，保证系统终年连续运行，并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性，可以保证技术室空调全天24小时正常运行

2 数据中心精密空调节能方式

2.1 增加室外机散热效率

现市场上大部分精密空调厂商的室外机设定的环境温度为35～38℃左右，现在全球气候逐渐变暖，很多地区的夏季高温，室外温度甚至超过40℃。精密空调室外机运行的环境温度升高，导致冷凝温度升高，散热能力下降，达到一定程度时会引起高压报警，甚至引起精密空调系统停机。

有研究资料表明，空调外机的进风温度每高出1℃，空调系统的 Coefficient of Performance下降约3%，当进风温度超过45℃时将可能会导致空调系统无法正常运行。因此，正确认识精密空调室外机周围热环境的影响，对降低空调的能耗，提升空调效率，实现数据中心节能有重大的意义。

表1是在四种冷凝温度情况时，模拟计算工况为蒸发温度5℃，过热度7℃，过冷度8℃，采用CoolPack软件进行制冷能效计算。从计算结果中，我们可以看出，空调系统的冷凝温度越高，空调的能效比越低，所以保证空调系统室外机周围的热环境，可以提高空调系统的工作效率，降低其运行负载。

表1 四种冷凝温度情况时的制冷能效

因此，为了增加精密空调室外机的散热效率，空调室外机的安装时需考虑周围环境，应保证空调流动畅通，远离热源以及污染源等，还应保足够的维修空间，具体有如下方式：

（1）利用软件优化精密空调室内外机布局CFD防真软件能够在虚拟环境下，可精确地模拟空气流动、空气质量、传/散热、温湿度等，将空气流动形式直观的呈现出来，是目前常用的解决数据中心冷热空气流通问题的科技手段，数据中心无论室内机还是室外机的气流组织都可以通过CFD防真软件进行设计。对于数据中心室内机的气流组织应该冷风和热风走向分明，不形成混风模式；对于室外机，如果数量较多且安装环境不好，则容易形成热量聚集，散热效果差，通过CFD防真软件可对室外机安装周围环境进行模拟，选取室外机安装的最佳方案。

（2）优化建筑物风口结构对于分层安装在建筑物外立面的精密空调室外机，如室外机风口处有影响空气流通的建筑体、装饰结构等，条件允许时，可进行拆除；无法拆除时，宜采用通风率高的风口，风口的通风面积宜高于75%，不易产生热量堆积。

（3）强化室外机散热利用雾化喷淋对冷凝器进行强化散热的目的，雾化喷淋冷却是将软化水加压后，利用雾化喷嘴将其完全雾化，在高温时，对空调室外机进行喷洒，降低空调室外机的进风温度，在此过程中，空气中的水汽含量增加，相对湿度增大，但水在由小液雾变成水蒸气时，对冷凝器周围环境吸热降温。

（4）增加精密空调室外机遮阳篷空调室外机室外露天安装时，在机房屋面增加遮阳通风百叶篷，减少阳光照射，降温节能。如图1实例。按照已有的北京网通的实际案例（数据仅供参考），夏季高温季节，经遮阳后，遮阳篷上下温差相差5℃以上，对于一台制冷量90kW的空调机组，整机功耗约30kW，压缩机能耗可以从20.6kW降低到18.7kW，冷凝器能耗也可节省约0.1～0.2kW，共节省约2～2.1kW，整机节能约7%。按照北京地区每年5个月室外高温季节，每天7个小时计算，扣除其中1/3的天气为阴雨天气，单台空调机组年度节省电能约：2.2×5×30×7×2/3=1540kW·h（度），按照每度商业电1元计，每台空调每年可省约1500元。

图1 室外机遮阳案例示意图

2.2 选择更加节能的EC风机

与AC风机相比，EC风机使其他零部件的使用更加有效，低负荷运行时明显降低能耗。EC风机运行时的电能消耗仅是工业标准风机运行时的电能消耗的1/3，节能效率不低于50%。

2.3 做好空调铜管保温

空调有着能效比值，能效比值越高说明空调的节能性越好，热量损失越少空调的能效越高，室内得到的效果越好，在铜管外壁添加保温橡胶棉可以降低传输过程中的冷热量损失，从而让更多的冷热量进入到室内，增加空调的效果，从而提高空调的能效。

2.4 部署冷/热风遏制系统

数据中心内部署通道气流遏制系统，机柜行采用冷/热通道布局方式，通过冷/热通道的顶部和两端来部署冷/热通道气流遏制系统，如图2实例。

图2 冷/热通道封闭

冷/热通道封闭系统是基于冷热遏制原理，以冷通道为例：行间空调送出的冷空气遏制于封闭通道内,所有的冷空气必须经过机柜内才能流出至冷通道外，这样可以有效的带着机柜内设备的热量。如果机柜内有空置位，可以通过安装机柜盲板的方式防制冷通道内的冷量流失。排出机柜外的热风由机柜后端回到行间空调的回风口。此种方式，可使机房内的冷/热风完全隔断，不会形成混风模式。有效的提高了数据中心机房内冷空气的利用率，快速降低设备温度。

2.5 数据中心做好物理保温

数据中心机房设备的可靠稳定运行需要一个恒温恒湿的环境，夏季室外温度较高、冬季室外温度较低，会造成数据中心与外界产生温差。做好数据中心机房的六面体保温措施，可以做到夏季隔热、冬季保温且防止产生凝露，有效的控制了机房冷/热量的流失，降低精密空调的负荷及能源的浪费。

2.6 缩短空调室内外机的安装距离

从空调的实际测试来看，在标准连接管的基础上，连接管的长度越长，空调的效果就越差；由于连接管的长度增加了空调系统管道沿线的阻力，降低了压缩机的吸气压力，从性能曲线上可以看出压缩机的容量输出变差。在选择精密空调室外机安装位置时，需考虑室外机与室内机之间的安装距离，尽量缩短安装距离，提高空调工作效率。

3 结语

打造绿色数据中心，提高数据中心电力使用效率，需重点考虑数据制冷设备的能耗。综上所述，可在数据中心建筑节能、室外机散热、设备选型、设备安装及部署等多方面进行精密空调节能优化。在实际项目运用中，需贯彻节能、环保、减排等原则，综合比较各种方式的可行性、安全性、可扩展性等，考虑投资成本、运行成本、维护成本等进行数据中心建设方案的选择。