司智華 徐鳳富

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、電子商務、物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展產生了海量的數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)存儲、交換的數(shù)據(jù)中心也成為不可缺少的基礎設施。數(shù)據(jù)中心往往需要面臨多臺電子設備、存儲設備的高速、長時間運行，電能的不完全轉化會使得數(shù)據(jù)中心溫度不斷上升，高溫對于設備的影響是十分明顯的，因此數(shù)據(jù)中心安裝空調系統(tǒng)已經成為常態(tài)，但空調系統(tǒng)的長時間運行所消耗的電量和成本也成為數(shù)據(jù)中心經濟效益提升的阻礙，本文將對自然冷卻技術進行分析，探討自然冷卻技術在數(shù)據(jù)中心空調節(jié)能方面的作用，為數(shù)據(jù)中心的進一步發(fā)展提供思路。

關鍵詞：自然冷卻技術;技術應用;數(shù)據(jù)中心;空調節(jié)能系統(tǒng)

科技的發(fā)展，使得數(shù)據(jù)技術不斷發(fā)展與進步，數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)的節(jié)能設計需要數(shù)據(jù)技術的支持。自然冷卻技術是通過熱傳遞方式將數(shù)據(jù)中心向環(huán)境外排除熱量，以此來降低數(shù)據(jù)中心溫度，其優(yōu)點是在過渡季節(jié)又或者是冬季，制冷技術能夠自動調換成免費的自然冷源，無需壓縮機運轉，進而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)節(jié)能的設計目標。

1 數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)主要是由三部分組成，分別是降溫系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)，能源消耗量較大的兩部分是制冷與散熱系統(tǒng)。降溫系統(tǒng)主要依靠水蒸發(fā)將設備運行中產生的熱量進行散除，干燥的北方地區(qū)濕度偏低，數(shù)據(jù)中心的空調散熱比較適合引用該系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是利用冷卻塔與噴頭通過換熱效率散除熱量。散熱系統(tǒng)主要依靠設備運行產生的水量與風量，通過風機將熱量從設備內部輸送到外部環(huán)境，完成設備運行的散熱工作[1]。制冷系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)中心運行溫度正常的基礎性系統(tǒng)，主要是借助制冷劑的高、低壓形態(tài)通過冷水機組完成散熱工作。

2 數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)節(jié)能分析之自然冷卻技術

2.1水側自然冷卻技術

水側自然冷卻技術的應用原理是在串聯(lián)電路中將板式換熱器連接在冷卻水系統(tǒng)及冷水之中，設計冷卻水的水溫在13℃--17℃范圍內。如若冷卻水系統(tǒng)水溫大于15℃，制冷系統(tǒng)將全面開啟制冷功能;如若冷卻水系統(tǒng)水溫在10℃--15℃范圍內時，自然冷卻技術將會發(fā)揮部分作用，使得系統(tǒng)開啟部分免費制冷功能;如若冷卻系統(tǒng)水溫小于10℃，冷水機組將會停止工作，自然冷卻技術完全發(fā)揮作用使得系統(tǒng)開啟全免費制冷功能。水側自然冷卻技術的應用能夠在一定的季節(jié)內減少空調壓縮機的運行時間，從而為制冷系統(tǒng)的運作節(jié)省了部分能源消耗。谷歌企業(yè)是使用水側自然冷卻技術的代表，其數(shù)據(jù)中心多半在沿海地區(qū)，使用海水做制冷能量。

2.2 風側自然冷卻技術

風側自然冷卻技術細分包括直接式、間接式以及蒸發(fā)式三種，其制冷原理是將外部環(huán)境的自然冷空氣輸送到混風機房當中，借助混風室進行室內外回風混合、過濾及加濕，之后傳輸?shù)秸舭l(fā)盤管進行待冷卻，最后輸送至機房發(fā)揮制冷作用，此冷空氣運輸環(huán)節(jié)在降低回風溫度的同時有利于空調系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，該技術一般適合應用于天氣較為寒冷的地區(qū)，北方的冬天比較適合引用。黑龍江省哈爾濱市某企業(yè)的數(shù)據(jù)中心采用的是風側自然冷卻技術，該地區(qū)冬季空氣寒冷，數(shù)據(jù)中心機房值冬季一般是在1.25-1.30范圍內，非冬季機房值一般是在1.4-1.5之間，冷卻技術效率能夠獲得充分發(fā)揮[2]。

3 自然冷卻技術應用的數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)節(jié)能分析

3.1 數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)能源損耗分析

為響應國家節(jié)能減排的方針政策，各企業(yè)開始應用先進的科學技術對生產設備進行更新、升級，使得生產全過程環(huán)保又節(jié)能。數(shù)據(jù)中心屬于耗電集成體，全年不停歇的工作性質使其運轉需要消耗大量的能量與資源，并且會產生大量的廢氣污染物以及水污染，不利于企業(yè)環(huán)保事業(yè)的開展，更不利于國家青山、綠水的建設。數(shù)據(jù)中心是企業(yè)成本投資的重大項目，降低其對能源的消耗，有利于減少企業(yè)投資成本，使得企業(yè)獲得更多的凈營利潤[3]。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，空調系統(tǒng)的能量消耗最多，大致可以占到總消耗量的90%以上，其他輔助設備能量消耗僅占10%以下。為此，進行空調系統(tǒng)節(jié)能設計是有必要的。

3.2 數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)節(jié)能技術應用

數(shù)據(jù)中心的運作性質使得自然冷卻技術的應用勢在必行，借助自然冷卻技術有利于減少空調系統(tǒng)的能源消耗，空調系統(tǒng)的節(jié)能技術有很多種，如變頻技術、制冷回風技術、自然冷卻技術以及機房空調控制技術等，不同地區(qū)不同的使用環(huán)境，可以選擇相適應的技術型空調制冷系統(tǒng)，在環(huán)境惡劣，天氣多變的地區(qū)可以考慮選擇技術的綜合性應用，有利于縮短空調運行時間，降低空調運行的耗電量，延長空調系統(tǒng)的使用壽命[4]。自然冷卻技術在數(shù)據(jù)中心應用的節(jié)能效果顯著，利用環(huán)境中的自然冷空氣將系統(tǒng)內部熱量進行調換，實現(xiàn)空調系統(tǒng)的散熱功能，進而驅散數(shù)據(jù)中心工作時產生的大部分熱量。

3.3 自然冷卻節(jié)能技術應用的可行性

計算機技術的普遍應用，使得數(shù)據(jù)中心的技術操作要求更加嚴謹，設備運行的溫度、濕度都要控制在合理的范圍內，以便于提高數(shù)據(jù)中心運行的可靠性。合理控制數(shù)據(jù)中心的溫度及濕度，需要自然冷卻技術的支持，需要機房設備的安全運轉，通過調節(jié)空調系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)設備正常運行[5]。北方冬季寒冷，空調系統(tǒng)中的壓縮機能夠將外部自然的冷空氣與內部熱量進行回調，減少空調系統(tǒng)的制冷運作時間，科學引用可再生的自然資源，有利于不可再生能源損耗的降低。

結束語：

數(shù)據(jù)中心運行需要自然冷卻技術的支持，空調系統(tǒng)的節(jié)能設計能夠保障無論是何種季節(jié)，何種室內外溫度差，空調都能發(fā)揮溫度調控功能平衡數(shù)據(jù)中心與環(huán)境間的溫度。信息技術時代，充分利用數(shù)據(jù)技術降低數(shù)據(jù)中心的能量消耗，響應國家政策實現(xiàn)節(jié)能減排運營模式，減少空調系統(tǒng)的耗電量，有利益企業(yè)運行成本的降低，響應國家發(fā)展的環(huán)保政策。

參考文獻：

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[2]陳廣闖，張軍. 數(shù)據(jù)中心自然冷卻技術研究綜述[J]. 建筑熱能通風空調，2020，39（07）：46-51.

[3]耿志超. 干燥地區(qū)數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)自然冷卻空調系統(tǒng)的應用研究[D].西安工程大學，2018.

[4]任飛. 重慶某數(shù)據(jù)中心冷卻塔自然冷卻技術應用方案及其節(jié)能潛力研究[A]. 中國建筑學會建筑熱能動力分會.中國建筑學會建筑熱能動力分會第二十一屆學術交流大會論文集[C].中國建筑學會建筑熱能動力分會：，2019：5.

[5]劉宏宇. 基于輻射對流耦合高效換熱的節(jié)能新型數(shù)據(jù)中心機房空調系統(tǒng)研究[D].太原理工大學，2019.