數(shù)據(jù)中心耗能問題實(shí)際上是很嚴(yán)重的問題，例如，一個(gè)長期滿負(fù)荷運(yùn)行的、功率為1kW的服務(wù)器，每年的耗電量為8760kWH，電費(fèi)約為0.8萬元。服務(wù)器在實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷下的功耗，約為滿載的40%—60%;但同時(shí)為服務(wù)器提供環(huán)境的機(jī)房設(shè)備所消耗的電能，則可能是服務(wù)器能耗的2—3倍。如果一個(gè)數(shù)據(jù)中心安裝有100臺(tái)這樣的服務(wù)器，在考慮以上兩個(gè)因素后，每年的服務(wù)器總電費(fèi)將達(dá)到80萬元。

數(shù)據(jù)中心的電能主要被兩類設(shè)備消耗了：IT設(shè)備和機(jī)房設(shè)備。IT設(shè)備主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;機(jī)房設(shè)備包括UPS、配電設(shè)備、線纜、空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、加濕器、照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等。從目前國內(nèi)外的調(diào)查數(shù)據(jù)看，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心中，機(jī)房設(shè)備的耗電要比IT設(shè)備的耗電高。

這個(gè)典型的數(shù)據(jù)中心中，空調(diào)系統(tǒng)消耗了45%的電能，UPS供配電系統(tǒng)消耗了24%的電能，照明系統(tǒng)消耗了1%的電能，IT得到的電能僅占30%。據(jù)廣州省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院提供的數(shù)據(jù)，廣州地區(qū)大型IDC機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)全年耗電平均占IDC總耗電的45%(2006年數(shù)據(jù))。

機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)解決方案

在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中主要分為風(fēng)冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、冷凍水空調(diào)系統(tǒng)、雙冷源空調(diào)系統(tǒng)等空調(diào)系統(tǒng)。

以數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)作為集中冷源的冷凍水系統(tǒng)，該系統(tǒng)與各自獨(dú)立的直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)相比，制冷效率更高，設(shè)備更集中更少，運(yùn)行更穩(wěn)定，故障率和維護(hù)成本更低，國外眾多大型數(shù)據(jù)中心普遍使用冷凍水空調(diào)系統(tǒng)。阿爾西提出的數(shù)據(jù)中心自然冷卻冷凍水系統(tǒng)，已通過國家專利審批。它通過冷凍水循環(huán)管路的精心設(shè)計(jì)以及控制邏輯的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)與機(jī)房內(nèi)部空調(diào)氣流組織的完美匹配，并且可以根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷以及室外環(huán)境的變化，對(duì)冷凍水流量進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，將自然冷卻的效益發(fā)揮到最大，始終使機(jī)組保持高效運(yùn)行。此套數(shù)據(jù)中心空調(diào)解決方案根據(jù)安裝地區(qū)氣候條件的不同，可以實(shí)現(xiàn)20%～50%的節(jié)能，使得運(yùn)行費(fèi)用大幅縮減，而為此增加的空調(diào)設(shè)備初投資，最多兩年的時(shí)間就可以收回，而整個(gè)機(jī)組的使用壽命至少有10年。

冷凍水空調(diào)系統(tǒng)包括不含冷源的冷凍水型機(jī)組加冷水主機(jī)。

冷水主機(jī)分為普通冷水主機(jī)和自然冷卻冷水主機(jī)。普通冷水主機(jī)一般安裝在建筑物的屋頂外部，它們專為室外安裝設(shè)計(jì)，不需要增加任何針對(duì)惡劣天氣的保護(hù)措施。冷水機(jī)組按照不同冷凝方式可分為風(fēng)冷和水冷兩種，以風(fēng)冷冷水主機(jī)為例，其工作原理是：攜帶室內(nèi)熱量的高溫回水流入機(jī)組，進(jìn)入殼管式蒸發(fā)器，被制冷劑盤管冷卻，熱量傳遞給制冷劑，由后者帶到風(fēng)冷冷凝器中，由風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)境空氣對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制散熱。按經(jīng)驗(yàn)來說，一套空調(diào)設(shè)備的平均制冷量為設(shè)計(jì)值的85%，剩下部分作為冷量備份。

自然冷卻冷水主機(jī)的工作原理：當(dāng)室外溫度較低時(shí)，就可以利用冷空氣冷卻高溫回水，不需要開啟壓縮機(jī)即可為空調(diào)室內(nèi)機(jī)提供冷量，這種方法即為自然冷卻方法。利用自然冷卻效應(yīng)開發(fā)的冷水主機(jī)即為自然冷卻冷水主機(jī)，它與普通冷水主機(jī)最大的區(qū)別在于它在冷凝盤管之前安裝了自然冷卻熱交換盤管，旨在最先利用環(huán)境冷空氣冷卻盤管內(nèi)的回水;另一個(gè)區(qū)別在于內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，自然冷卻循環(huán)利用三通調(diào)節(jié)閥將循環(huán)水路與自然冷卻熱交換盤管連接起來(如下圖所示)。

其實(shí)，自然冷卻冷水主機(jī)的工作原理并不復(fù)雜：當(dāng)三通調(diào)節(jié)閥中旁通B完全關(guān)閉，A與C連通時(shí)，即自然冷卻熱交換盤管關(guān)閉，全部冷量由壓縮機(jī)制冷提供;當(dāng)室外溫度低于回水溫度時(shí)，A關(guān)閉，B與C連通，回水通過自然冷卻熱交換盤管預(yù)冷，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器，這樣一來，壓縮機(jī)只需部分工作就可以滿足空調(diào)冷量的要求，從而節(jié)省了大部分能耗;而當(dāng)室外溫度足夠低時(shí)，A關(guān)閉，B與C連通，通過自然冷卻就可以完全滿足空調(diào)冷量要求，壓縮機(jī)停機(jī)，這時(shí)機(jī)組總能耗明顯降低，只包含自然冷卻系統(tǒng)的能耗，總之，室外溫度越低，節(jié)能效果越明顯。如果采用自然冷卻冷水機(jī)組比普通冷水機(jī)組每年大約節(jié)能20～50%，具體效果如何會(huì)因安裝地區(qū)的氣候條件而不同。

風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組，適用于水源缺乏的地區(qū)和無冷卻水系統(tǒng)的場所，可外掛或外置室外機(jī)(樓層不高，允許破壞建筑外觀)，系統(tǒng)簡單，無須考慮配備水泵和冷卻塔，也無需集中冷凍水系統(tǒng)為之服務(wù)。缺點(diǎn)為室內(nèi)外機(jī)之前的管長受限，在室內(nèi)外機(jī)之前接管超過60米時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況采取解決方案。

水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組，適用于有集中冷卻水系統(tǒng)的場所，機(jī)組能效比風(fēng)冷式機(jī)組高，機(jī)組安裝不受室外場地限制。

雙冷源機(jī)組具有直接蒸發(fā)式和冷凍水機(jī)組的雙重優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還具有冷源相互備份的特點(diǎn)，當(dāng)使用用戶冷凍水資源時(shí)，只有冷凍水盤管換熱，壓縮機(jī)停止運(yùn)行，有利于節(jié)能，當(dāng)用戶停止中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)時(shí)，機(jī)組啟動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行制冷。

機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)分析比較

以一個(gè)面積為8000平方米，熱負(fù)荷為500W/平方米的數(shù)據(jù)中心為例，不同空調(diào)系統(tǒng)(自含冷源的風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組、水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組、普通風(fēng)冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、雙冷源型空調(diào)機(jī)組)分別在哈爾濱、北京、上海、廣州、貴陽這五個(gè)城市運(yùn)行，分析運(yùn)行結(jié)果如下：

首先，從空調(diào)系統(tǒng)總投資的比較可以看到，雙冷源系統(tǒng)，具有風(fēng)冷和冷凍水系統(tǒng)雙重特點(diǎn)，投資成本最高，但是系統(tǒng)的運(yùn)行最穩(wěn)定，維修和維護(hù)量最大。

自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組和普通風(fēng)冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組投資成本相當(dāng)，比雙冷源系統(tǒng)要小很多，自然冷卻冷水機(jī)組在不同的安裝條件可以達(dá)到不同的節(jié)能效果，所以在合適的安裝地點(diǎn)推薦使用自然冷卻冷水機(jī)組，風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組和水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組的系統(tǒng)總投資最小，風(fēng)冷機(jī)組適用于全國范圍內(nèi)，其靈活性最高，而水冷機(jī)組更適用于南方地區(qū)。

從上述各空調(diào)系統(tǒng)的比較分析不難看出，對(duì)于北方城市的哈爾濱來說，四季分明，冬天溫度相對(duì)比較低，所以不適宜使用水冷系列，故在比較時(shí)沒有將此種空調(diào)系統(tǒng)考慮進(jìn)去，在比較中發(fā)現(xiàn)自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組的節(jié)能效果很明顯，耗電量明顯減少。由于北京一年當(dāng)中大約有30%的時(shí)間溫度小于10度，故自然冷卻冷水機(jī)組加冷凍水機(jī)組可以比普通冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組節(jié)能30%，和其他空調(diào)系統(tǒng)相比耗電量也明顯減少，節(jié)能效果顯著。對(duì)于平均溫度很高的城市如上海、廣州、貴陽等地，很難實(shí)現(xiàn)利用環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)自然冷卻功能，相比之下不推薦使用自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組，從系統(tǒng)總投資上可以看出，水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組的系統(tǒng)總投資最少，在計(jì)算設(shè)備制冷總功率和耗電量時(shí)，直接蒸發(fā)式機(jī)組最高，其中還未考慮加熱器、加濕器等耗電量，同時(shí)實(shí)際機(jī)組工作時(shí)直接蒸發(fā)式機(jī)組由于室內(nèi)環(huán)境變化會(huì)引起壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)，必然引起耗電量增加，而水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組這樣的情況沒有直接蒸發(fā)式機(jī)組發(fā)生頻繁，所以從能耗角度考慮直接蒸發(fā)式機(jī)組也沒有水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組系統(tǒng)要好，經(jīng)計(jì)算，水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組系統(tǒng)較風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組要節(jié)能可達(dá)到20%左右。

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