范成龍

摘 要：隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量也在不斷增多。數(shù)據(jù)中心的能耗也隨之增加，其中空調(diào)系統(tǒng)的能耗就占了很大一部分。文章分析了新風(fēng)自然冷卻系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，結(jié)果顯示有很好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；自然冷卻；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

近年來(lái)，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)處理的需求也在不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的數(shù)量也在不斷增多。數(shù)據(jù)中心的能源消耗總量從2005年至2010年翻了一番[1]。IT設(shè)備散熱量大，對(duì)數(shù)據(jù)中心溫濕度控制要求高，需要常年制冷，制冷空調(diào)系統(tǒng)不可或缺，其能耗制占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%左右。降低空調(diào)能耗對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能源效率具有重要意義。

在數(shù)據(jù)中心有許多有效的方法來(lái)節(jié)省冷卻能源，如室內(nèi)空氣分配優(yōu)化，機(jī)架式服務(wù)器傳熱增強(qiáng)，冷卻器熱性能改善等[2]。此外，自然冷卻技術(shù)是一種新穎有前途的技術(shù)，通過(guò)充分利用自然冷卻源，可以降低冷水機(jī)組的負(fù)荷率，從而節(jié)約冷卻水的能耗[3]。由于效率高，排放低，數(shù)據(jù)中心采用的自然冷卻技術(shù)近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前對(duì)室外自然冷源的利用主要有直接引入式和間接利用式兩種方式。本文以夏熱冬冷的上海地區(qū)為例，分析新風(fēng)直接引入式自然冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的可行性與節(jié)能效果。

1 數(shù)據(jù)中心概況

為了研究新風(fēng)直接引入式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，在上海建立建筑模型作為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算，對(duì)直接利用自然冷源的節(jié)能潛力及節(jié)能效果進(jìn)行分析。機(jī)房長(zhǎng)25米，寬16米，共有9排機(jī)柜，每排機(jī)柜數(shù)目為15臺(tái)，共135臺(tái)機(jī)柜，單機(jī)柜的功率為3kW。機(jī)柜采用冷熱通道的方式進(jìn)行布置。機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)按照 ASHRAE TC 9.9的建議級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)備環(huán)境要求18～27℃，露點(diǎn)溫度5.5℃到相對(duì)濕度60%和露點(diǎn)溫度15℃對(duì)應(yīng)的參數(shù)范圍。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的負(fù)荷計(jì)算

機(jī)房的冷負(fù)荷是機(jī)房精密空調(diào)選型的重要依據(jù)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷負(fù)荷一般由圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷、IT設(shè)備散熱冷負(fù)荷、照明設(shè)備散熱冷負(fù)荷以及人員散熱冷負(fù)荷組成，由于數(shù)據(jù)中心機(jī)房平時(shí)一般沒(méi)有工作人員，只是偶爾有人員進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行巡查或調(diào)試，因此，人員散熱所造成的冷負(fù)荷可忽略不計(jì)。取照明設(shè)備散熱為8kW，該數(shù)據(jù)中心的總冷負(fù)荷為420kW。

3 上海地區(qū)氣候條件

上海地區(qū)干球溫度分布間如表1所示。

上海地區(qū)逐月溫度如表2所示。

4 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)能耗計(jì)算

通過(guò)計(jì)算常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和新風(fēng)直接引入式空調(diào)系統(tǒng)的能耗來(lái)分對(duì)比分析直接利用自然冷源的節(jié)能潛力及節(jié)能效果。首先計(jì)算常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的能耗，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)。風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)總功率=總發(fā)熱量/COP，取風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)性能系數(shù)COP為2.5[4]，則風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)總功率為420kW÷2.5=168kW。運(yùn)行時(shí)間為8760小時(shí)，耗電量為1471680kW·h。

5 新風(fēng)直接引入式空調(diào)系統(tǒng)的能耗計(jì)算

5.1 新風(fēng)量的確定

5.3 新風(fēng)直接引入式空調(diào)運(yùn)行時(shí)能耗

當(dāng)室外溫度小于15℃時(shí)，采用新風(fēng)直接引入式空調(diào)的能耗情況如表3所示。

當(dāng)室外溫度大于15℃時(shí)，采用常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)功率為168kW，運(yùn)行時(shí)間為5071小時(shí)，耗電量為957768kW·h。即新風(fēng)直接引入式空調(diào)的總耗電量為1015690 kW·h。

6 節(jié)能效果分析

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，新風(fēng)直接引入式自然冷卻技術(shù)在夏熱冬冷地區(qū)有很好的節(jié)能效果，大幅度降低了數(shù)據(jù)中心機(jī)房的耗電量，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，新風(fēng)直接式自然冷卻技術(shù)在其他地區(qū)的節(jié)能效果還需要根據(jù)不同地區(qū)的氣候以及實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算分析。通過(guò)ASHRAE/TC 9.9在2011年公布的《數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱指南》中可以看出，相比以前的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)房的溫濕度環(huán)境要求有所放寬，這樣就給自然冷卻技術(shù)提供了更大的應(yīng)用空間，自然冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[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，李建堯，鄒成.溫和地區(qū)數(shù)據(jù)中心新風(fēng)自然冷卻節(jié)能技術(shù)探討[J].暖通空調(diào)，2017，47（10）：19-25.