大型数据中心空调系统节能分析及方法研究

大型数据中心空调系统节能分析及方法研究

罗福才

深圳市赛为智能股份有限公司广东省深圳市518000

摘要：改革开发和现代化建设以来，我国网络信息行业发展迅速，国家和企业建立了大量大型数据中心以满足人民和发展的需要。但是，随着数据中心越来越密集，其发热量也愈加庞大，这就给数据中心的空调制冷系统带来了一定的压力。本文就大型数据中心空调系统节能分析及方法展开讨论，先简述大型数据中心空调系统的特性，并对目前在空调系统中常用的制冷方式进行介绍。再从合理利用自然降温；改善数据中心的气体循环；适当采用变频技术；提高回风温度；提高冷却液温度；做好前期规划；加强机房的管理和定期维护工作这几个方面具体阐述空调系统的节能方案。

关键词：数据中心；空调系统；节能；分析

数据中心是计算机技术快速发展的产物，也是迎合信息时代的产物。数据中心的功能是整合数据并将数据传送至各个终端，其过程极为复杂，涉及内容也十分广泛，包括电力、IT等多个方面。随着技术的精进，数据中心已经可以处理绝大多数的信息资料，并且处理速度也越来越快。近年来，随着云端技术的发展，数据中心的强大功能又被发掘，大量的数据中心正在建立。但是，当大量数据中心投入一线使用后，能源的消耗问题又显现了出来，特别是用于给数据中心设备降温的空调系统的耗能表现出十分明显的增长。据统计，数据中心的总耗能已经达到了全社会用电的1.5%，且在过去的几年有较高的涨幅。为了数据中心的可持续发展，节能减耗可谓是现阶段工作的重中之重。

1.大型数据中心空调系统的特性

前面已经提到，数据中心的主要职能是汇总和传送信息，并在这过程中对信息进行一定的处理。实际上，数据中心是给各种网络信息设备提供安全、稳定的工作环境。数据中心的网络服务系统是永远处在工作状态的，为了保证其工作质量和速度，就一定要对其工作的外周环境因素进行严格的把控，而在这之中，最为重要的就是温度。现阶段我国数据中心的温度调节基本是全面依靠空调系统，空调系统根据其工作原理的不同可分为多种类型，包括水冷型、风冷型、双冷源型、乙二醇型等，而大部分空调系统还是采用水冷和风冷兼顾的双冷源型系统。优秀的空调降温系统是保证数据中心设备正常工作的必要条件，所以数据中心的空调系统不仅能力大，其压力也很大。

2.关于数据中心空调系统节能方案的分析

数据中心的能耗增加主要归结于设备机柜的功率密度不断增加,目前最高的功率已经可达10kw以上，甚至更高。同时，服务器设备安装得越是紧密，其散热量就越是增加，空调降温系统的压力就越大，最终也会导致能耗的增加。在信息数据量不断增长的现代，想要从服务设备上找出节能的方法是不太可行的，想要节能，最有效的方法就是在空调系统上下功夫。相对于机箱内的服务器，空调系统的改进会便利很多，其改进空间就现阶段来说也比较大。下面就对数据中心空调系统节能方案进行详细的分析。

2.1合理利用自然降温

所谓自然降温就是利用外周环境中的自然冷源对机房内的设备进行冷却降温，具体可用冷空气、冷水等自然冷源进行降温。在空调系统的工作过程中，其主机的运转消耗可以达到整个系统耗能量的一半以上，通过引用自然降温，可以减少空调主机的运转压力，甚至可以暂停空调主机的运转。这种降温方式已经大范围地投入使用，并且也取得了一定的成效，事实表明，自然降温是能够有效节能并且保护空调设备的方法

目前我国广泛使用的自然降温方式分为两大类型，就是风冷型和水冷型。前者是利用相关设备对室外的冷空气进行引流，使之汇入机房内，从而达到降温的效果。在这个过程中还可以通过对新风和回风量的调整达到小范围控制温度的效果。风冷型降温技术较适用于北方地区的冬季，特别是东北地区，在室外温度足够低的情况下，风冷效果会十分良好。水冷型降温技术实际上是利用地下水的低温进行的降温技术。具体来说就是在机箱外建造封闭的管道，再将抽取的地下水导入管道内已到达对机箱的降温。这种方法相较于风冷对于环境的要求会少一些，所以应用也更为广泛。

2.2改善数据中心的气体循环

数据中心的气体循环对于空调系统的节能效果有着重要影响。冷空气流动时收到的阻力越小，冷热空气之间的隔离才会更好，这样一来，冷空气的损耗也会减小，空调系统的工作压力也会相应减小。我国空调系统能耗较高的原因主要就是机房内的气体循环问题，这与机房和机箱的设计问题是脱不了干系的。但是，设计问题并不能解决，要想节能，只能在后期改善机房的气体循环。

目前常用的改善气体循环的方式有三种，分别是房间级、行级和机柜级，在这之中，运用最广泛的就是房间级气体组织。这种气体组织形式的具体原理是：架空地板，再通过冷通道中的开孔进入机柜，作用于机柜的前面板，之后冷气穿过机柜到达后面板出风，最后经过回风百叶窗的作用回流至室内，从而形成循环气流。这种方法虽然需要一定的设计和布工，但其制冷效果十分优秀，一般都可以获得均匀稳定的冷气循环。冷气循环改善之后，空调系统的工作频率就可以适当地下调，减少其工作压力，从而达到节能减耗的目的。

2.3适当采用变频技术

数据中心的服务系统虽然时刻处在工作模式，但其工作负载并不是一成不变，部分设备在一定时间段甚至不参与工作。在这种情况下，使用变频设备就能够在很大程度上节省能耗。简单的来说，就是机箱工作功率上升时空调设备功率就上升，反之则下降。这种空调系统工作强度随服务器设备工作强度而变化的模式可以大大减少整体的能耗。

2.4提高回风温度

数据中心的机房温度一般要控制在24摄氏度左右，保持在这个温度才能够保证各个设备的正常工作。但是，随着近年来科学技术的进步，目前的设备相较于从前，对温度的耐受能力有所上涨。这样一来，即使温度高一点也可以维持设备的正常运转，那间接的就说明空调系统对于回风温度的处理压力可以适当减轻。回风温度提升了，空调系统的工作压力就减小了，那么能耗自然也就下降了。

2.5提高冷却液温度

提高冷却液温度以减少能耗的原理和提高回风温度大同小异。空调系统中使用的冷却液温度一般为10摄氏度左右，冷却液进入循环后，其温度与设备的功率就是成正比的。所以，只要适当提高冷却液的温度就可以在一定程度上提高空调系统的冷却效率，从而间接地降低能耗。但是，需要注意的是，空调机组的选择一定要符合要求，要保证整个空调系统在使用温度较高的冷却液时也能够正常工作。

2.6做好机房的规划和设计工作

上文中提到过，机房的设计规划对于空调系统工作的实际效果有着举足轻重的影响。一定要保障在冷气循环的风路中不会有建筑层面的障碍，因为一旦涉及到建筑规划方面的问题，那么后期能做的改进是相当有限的。同时，在设计过程中不仅要考虑到冷气的循环问题，还要考虑冷气外漏、冷气积聚等一系列问题。从多方面入手，解决可能影响空调制冷效率的一切因素。

2.7加强机房的管理和定期维护工作

机房的管理和维护实际上就是细节方面的监督。机房内的设备关系到一个地区的信息数据流通，所以，必须进行规律的检查以保证其正常运行。如果存在问题要及时解决，防止问题严重化。在管理层面，主要就是对工作人员的工作细节提出要求。例如：进出机房要注意关门、尽量减少进出机房的频次、减少机房内的热源辐射等这些措施看似不起眼，实则是对空调系统的工作效果进行二次保障，最终都可以起到减少能耗的作用。

3.结束语

在这个数据信息十分发达的年代，人们对于信息的需求愈加增长，这无形中给数据中心的工作带来了压力，增大了数据中心的能耗。为了保证数据中心的可持续发展，节能减耗会是永远的课题。就现阶段而言，从空调系统的节能工作入手会是最有效的节能方案。本文具体详细地分析了减少空调系统耗能的措施，望本文内容对大型数据中心空调系统的节能改良有所启示。

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