空調系統節能發展方式

空調系統節能發展方式

　　在伴隨著上世紀中期計算機的產生，數據中心也應運而生。對于數據中心來說，空調從來就是不可或缺的重要設備。下面是小編為大家整理的空調系統節能發展方式，歡迎大家閱讀瀏覽。

　　一、數據中心空調技術發展回顧

　　伴隨著上世紀中期計算機的產生，數據中心也應運而生。對于數據中心來說，空調從來就是不可或缺的重要設備。隨著數據中心的不斷發展，與之配套的數據中心空調技術也在迅速發展，其發展大致可分為以下三個時期：

　　早期數據中心空調系統(1950～1970年)

　　前期的機房是為某臺計算機(大、中、小型機)專門建設的，并沒有統一的標準，完全是在摸索中建設的。由于沒有專門的機房專用空調設備，這時機房的空調采用普通民用空調或利用大樓空調系統集中供冷的舒適性空調設備，然而，舒適性空調是針對人所需求的環境條件設計的，并非為了處理數據機房的熱負荷集中和熱負荷組成，只有降溫功能，沒有精密的溫度控制，沒有濕度控制功能，沒有嚴格的除塵措施，也沒有測試指標。在機房內使用舒適性空調時遇到如下問題：

　　(1)舒適性空調無法保持機房溫度恒定，可能會導致電子元氣件的壽命大大降低。

　　(2)無法保持機房溫度均勻，局部環境容易過熱，從而導致機房電子設備突然關機。

　　(3)無法控制機房濕度、機房濕度過高，會導致產生凝結水，可能造成微電路局部短路;機房濕度過低，會產生有破壞性的靜電，導致設備運行失常。

　　(4)風量不足和過濾器效果差、機房濟凈度不夠，會產生灰塵的積聚而造成電子設備散熱困難，容易過熱和腐蝕。

　　(5)舒適性空調設計選材可靠性差，從而造成空調維護量大、壽命短。

　　發展期數據中心空調系統(1970～2000年)

　　出現了專門為單個計算機系統設計的機房，有了專用的機柜(大、中、小機柜)，并且開始逐步制訂標準，包括機房選址、面積等。機房制冷也從普通的民用舒適性空調機和集中冷卻，開始轉向采用恒溫恒濕的機房專用精密空調機，機房除塵方面采用新風系統和機房正壓防塵，從而實現數據中心保持溫濕度恒定、良好的空氣潔凈度、具備遠程監控等要求。機房專用精密空調在設計上與傳統的舒適性空調有著很大區別，表現在以下幾個方面：

　　(1)大風量、小焓差

　　(2)全年制冷運行

　　(3)恒溫恒濕控制

　　(4)送回風方式多樣

　　(5)可靠性較高

　　創新期數據中心空調系統(2000～至今)

　　隨著互聯網的發展，信息化的來臨，對數據中心的需求也逐漸增大。數據中心也逐漸進入到各個行業，大家對數據中心的理解和要求也出現了不同之處。一般企業認為數據中心是成本中心，數據中心租賃企業認為數據中心是利潤中心，金融行業對數據中心可靠性要求嚴格，制造業數據中心對易用性和成本提出很高要求。多種不同的需求促進了數據中心行業的迅速發展和創新方案的產生。

　　如送風方式的創新，從下送風到靠近熱源的列間空調設備;冷源的創新，自然冷源的應用逐漸走向普及;建設模式的創新，模塊化的方案;工業化創新，大型數據中心引入工業化的建設理念;各種空調設備的創新，目前設備的能效，性能，控制等和10年前不可同日耳語。

　　二、數據中心空調系統設計發展趨勢

　　進入21世紀，數據中心呈現出日新月異的高速發展態勢，低碳化、虛擬化、模塊化成為數據中心發展的必然要求，伴隨著數據中心的高速發展，在保障高可用性的基礎上，數據中心空調系統設計的可用性、綠色節能、動態冷卻、高密度制冷是未來的發展趨勢。

　　1、可用性

　　數據中心對可用性的要求遠遠高于普通的商業樓宇，空調系統同樣如此。目前對可用性的要求一般為A級或B級，需要空調系統有冗余設計，出現故障要有應急方案。傳統的分散式空調系統可用性比較高，設置冗余后，單臺機組不會影響數據中心的正常運行;大型數據中心應用的集中冷源系統，對可用性帶來更多的挑戰，多個節點需要設計能備份的冗余方案。

　　2、綠色節能

　　隨著綠色數據中心概念的深入人心，建設具備節能環保特點的綠色數據中心已經成為數據中心建設和使用方以及設備供應商的共識。在低碳潮流下，數據中心急需有所作為。制冷系統是數據中心的耗電大戶，約占整個系統能耗的30%~45%，制冷系統的節能受到了前所未有的關注。優化送風方式、冷熱通道布局、冷熱通道隔離、智能群控、利用室外自然冷源等方案已經呈現出百花齊放的現象。還有數據中心采用了熱回收裝置產生熱水，作為生活、洗澡、游泳池等用途，降低了整個系統的碳消耗。

　　在溫濕度設定方面，ASHRAE在2011版本中推薦的溫度范圍為18℃~27℃，推薦的濕度范圍為大于5.5℃的露點溫度的相對濕度，即小于60%的相對濕度和15℃的露點溫度。放寬的要求在保證機房設備正常運行的同時，可以減少機房制冷、加熱、加濕、除濕的耗能，降低機房空調系統的能耗并提高能效。

　　在節能機房空調設備方面，變容量壓縮機、高效EC風機、節能智能控制、利用自然冷源等技術的應用使得機房空調機組的能效和適應性越來越強。

　　對于水的關注也在逐步進入大家的視野，WUE，水的消耗和循環水應用，雨水的應用也在數據中心的設計中得到重視。

　　3、動態化

　　在新型數據中心的建設和應用中，“按需制冷”、或者“動態制冷”也成為數據中心冷卻方案中一項很重要的評價標準。所謂“按需制冷”指的是數據中心空調的冷量輸出是伴隨著IT熱負荷的變化而變化，是一個動態的、可調節的輸出。隨數據中心發熱密度的不斷增大，數據中心空調除了提供穩定、可靠、綠色的冷卻的同時，如何防止出現局部熱點也成為冷卻方案需要重點考慮的需求之一。

　　數據中心虛擬化的發展使得服務器等設備的發熱量會有更大波動，包括不同時間以及不同空間的變化。機房內不同的IT設備所需的冷卻溫度是不同的，甚至不同年代的同類型設備所需的冷卻溫度也不同。這就相應地要求制冷系統適應這種趨勢，要能提供動態的制冷方案，滿足不同時間和不同空間的需求。因此，動態制冷更能適應虛擬化需求。

　　目前，動態制冷主要應用的技術有風量智能調節技術(溫度控制或靜壓控制)，變容量壓縮機技術，智能控制系統等。采用動態智能制冷技術就是為了區別對待數據中心機房中不同設備的冷卻需要。動態智能冷卻技術通過建置多個傳感器群組的感應器來監控溫度根據散熱需求針對性地動態供應冷卻氣流，其風量大小可以根據需要隨時調節，從而達到節能目的。

　　冷源的利用率的提升也是提高數據中心冷卻效率的另外一個重要途徑，并被業界所重視。在氣流組織優化方面，從最初的大空間自然送風方式，逐漸升級到如地板送風、風道送風等一些粗放型的有組織送風方式，再到當前的機柜送風、或者封閉通道冷卻方式的運行，甚至有了更前沿的針對機柜、芯片、散熱元件的定點冷卻方式的應用。

　　4、高密度

　　隨著數據中心單位用電量不斷增加，機房的發熱量越來越高，而高功率密度機架服務器、刀片服務器等高熱密度設備的應用，造成機房的單個機柜功耗不斷提高，單位面積熱量急劇上升，因此高熱密度的機房一些問題逐漸涌現出來。

　　經過大量的實驗驗證發現，當單個機柜(服務器)的熱負荷過高時，如果還是采用傳統方式的機房專用空調來解決，就會造成以下問題：1)機房環境溫度控制得不理想，會有局部“熱點”存在;2)由于設備需要通過大量的循環風來帶走如此多的熱量，采用傳統的機房空調系統會占用大量的機房空間。上送風機組需要采用風管的截面積尺寸非常巨大，下送風機組的架空地板的高度需要提高很多，會造成很多已經運行的機房將無法繼續使用。

　　因此，機房空調制冷系統也必須做出相應的改進。高熱密度制冷系統在解決機房內局部過熱方面，成為機房制冷系統的重要組成部分。目前，高密度制冷方面，應用較成熟的技術主要有封閉冷熱通道、列間制冷，而背板冷卻、芯片冷卻等新技術則是未來發展方向。

　　更有甚者，在部分高熱流密度應用中，放棄了傳統的對流散熱方式而采用導熱散熱方式，比如微通道冷卻技術的應用，冷板(Cold Plate)散熱技術的應用等等。

　　綜合來看，與Free-Cooling應用、精確送風、定點冷卻這些元素相關的應用成為當前數據中心冷卻技術的熱點及發展方向。

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