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数据中心空调技术发展趋势

作者:中国储能网新闻中心 来源:CDCC 发布时间:2020-01-03 浏览:
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进入21世纪,数据中心呈现出日新月异的高速发展态势,低碳化、虚拟化、模块化成为数据中心发展的必然要求,伴随着数据中心的高速发展,在保障高可用性的基础上,数据中心空调系统设计的可用性、绿色节能、动态冷却、高密度制冷是未来的发展趋势。

一、可用性

数据中心对可用性的要求远远高于普通的商业楼宇,空调系统同样如此。目前对可用性的要求一般为A级或B级,需要空调系统有冗余设计,出现故障要有应急方案。传统的分散式空调系统可用性比较高,设置冗余后,单台机组不会影响数据中心的正常运行。

二、绿色节能

绿色数据中心已经成为数据中心建设和使用方以及设备供应商的共识。制冷系统是数据中心的耗电大户,约占整个系统能耗的30%~45%,制冷系统的节能受到了前所未有的关注。优化送风方式、冷热通道布局、冷热通道隔离、智能群控、利用室外自然冷源等方案已经呈现出百花齐放的现象。

在温湿度设定方面,GB50174-2017和ASHRAE2011版本中推荐的温度范围为18℃~27℃,推荐的湿度范围为大于5.5℃的露点温度的相对湿度,即小于60%的相对湿度和15℃的露点温度。放宽的要求在保证机房设备正常运行的同时,可以减少机房制冷、加热、加湿、除湿的耗能,降低机房空调系统的能耗并提高能效。

在节能机房空调设备方面,变容量压缩机、高效EC风机、节能智能控制、利用自然冷源等技术的应用使得机房空调机组的能效和适应性越来越强。

对于水的关注也逐步加强,WUE、耗水、循环水应用、雨水应用等也在数据中心的设计中得到重视。

三、动态冷却

在新型数据中心的建设中,“按需制冷”、 “动态制冷”也成为数据中心冷却方案中一项很重要的评价标准。所谓“按需制冷”指的是数据中心空调的冷量输出是伴随着IT热负荷的变化而变化,是一个动态的、可调节的输出。

数据中心虚拟化的发展使得服务器等设备的发热量会有更大波动,包括不同时间以及不同空间的变化。机房内不同的IT设备所需的冷却温度是不同的,甚至不同年代的同类型设备所需的冷却温度也不同。这就相应地要求制冷系统适应这种趋势,要能提供动态的制冷方案,满足不同时间和不同空间的需求。因此,动态制冷更能适应虚拟化需求。

目前,动态制冷主要应用的技术有风量智能调节技术,变容量压缩机技术,智能控制系统等。采用动态智能制冷技术就是为了区别对待数据中心机房中不同设备的冷却需要。动态智能冷却技术通过建置多个传感器群组的感应器来监控温度根据散热需求针对性地动态供应冷却气流,其风量大小可以根据需要随时调节,从而达到节能目的。

冷源的利用率的提升也是提高数据中心冷却效率的另外一个重要途径,并被业界所重视。在气流组织优化方面,从地板送风、风道送风等有组织送风方式,到当前的机柜送风、封闭通道方式的运行,甚至更前沿的针对机柜、芯片、散热元件的定点冷却方式在逐步应用。

四、高密度制冷

随着数据中心单位用电量不断增加,机房的发热量越来越高,而高功率密度机架服务器、刀片服务器等高热密度设备的应用,造成机房的单个机柜功耗不断提高,单位面积热量急剧上升,因此高热密度的机房一些问题逐渐涌现出来。

经过大量的实验验证发现,当单个机柜(服务器)的热负荷过高时,如果还是采用传统方式的机房专用空调来解决,就会造成以下问题:1、机房环境温度控制得不理想,会有局部“热点”存在;2、由于设备需要通过大量的循环风来带走如此多的热量,采用传统的机房空调系统会占用大量的机房空间。上送风机组需要采用风管的截面积尺寸非常巨大,下送风机组的架空地板的高度需要提高很多,会造成很多已经运行的机房将无法继续使用。

因此,机房空调制冷系统也必须做出相应的改进。高热密度制冷系统在解决机房内局部过热方面,成为机房制冷系统的重要组成部分。目前,高密度制冷方面,应用较成熟的技术主要有封闭冷热通道、列间制冷,而背板冷却、芯片冷却等技术也相继应用推广。

另外,伴随整个数据中心基础设施技术发展的路径,空调技术也在逐步加强模块化的理念,预制化和产品化、去工程化的影响在空调技术上也得以落实,比如集成冷站、模块冷水机组、一体化蒸发冷却设备等等,逐步成为主流。这种方式具备快速建设、快速实施、运维管理简单、节能高效的特点,应用在数据中心项目上的案例越来越多。

(以上内容摘录自:《数据中心间接蒸发冷却技术白皮书》(2019.5))

关键字:数据中心

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