節(jié)能技術(shù)在綠色機(jī)房的應(yīng)用與實(shí)踐

文_王慧慧 中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院

1 精密空調(diào)

從廣義角度出發(fā)，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)主要分為兩大類：一類為機(jī)房精密空調(diào)，占據(jù)著市場(chǎng)大部分份額，如Vertiv（維諦）、STULZ（世圖茲）、Schneider（施耐德）等，主要為歐美品牌；另一類為工業(yè)級(jí)無(wú)人值守空調(diào)，一般在基站機(jī)房使用，如DAIKIN（大金）、HITACHI（日立）、Haier（海爾）等，主要為東亞和國(guó)內(nèi)品牌。

從功能屬性出發(fā)，數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)冷源一般有風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組、水冷空調(diào)機(jī)組、雙冷源空調(diào)機(jī)組等空調(diào)系統(tǒng)。針對(duì)上述空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組來(lái)講，大中型及以上的新建數(shù)據(jù)中心機(jī)房為達(dá)到國(guó)家或者地方的相關(guān)政策，一般采用能效比高的水冷冷凍水系統(tǒng)，通過(guò)集中設(shè)置冷源的方式將PUE值控制在1.3左右，而采用水系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組在運(yùn)維管理上存在一系列的安全隱患問(wèn)題，如突發(fā)性緊急泄水系統(tǒng)、水系統(tǒng)的管路冗余設(shè)計(jì)方案、多路水源供應(yīng)方案以及蓄水保障系統(tǒng)，以及后期大量的運(yùn)維成本和人工成本投入。對(duì)于老舊機(jī)房改造和小型機(jī)房建設(shè)，由于舊機(jī)房的基礎(chǔ)建設(shè)和配套設(shè)施無(wú)法大規(guī)模變更和性價(jià)比考慮，一般采用簡(jiǎn)單易安裝的風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組，其PUE值一般不可能小于1.8，通常在2.0以上。

2 冷通道

機(jī)房通道封閉系統(tǒng)是響應(yīng)“機(jī)房節(jié)能減排，推進(jìn)綠色新機(jī)房”應(yīng)運(yùn)而生的，旨在通過(guò)集中管理氣流來(lái)節(jié)約能源和降低冷卻成本，是一項(xiàng)通過(guò)改善周圍環(huán)境從而有效控制設(shè)備溫度，達(dá)到降低設(shè)備功耗的綠色節(jié)能技術(shù)，主要應(yīng)用于各類數(shù)據(jù)中心機(jī)房。通道封閉系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)房的氣流組織進(jìn)行有效的改善和優(yōu)化，是將機(jī)房混合的熱空氣和冷空氣有效隔離開，使冷量集中儲(chǔ)存降溫和熱量集中排出或者返回到空調(diào)的回風(fēng)口，形成合理的氣流組織循環(huán)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)機(jī)房既可以存在熱封閉通道系統(tǒng)，也可以存在冷封閉通道系統(tǒng)或二者皆可同時(shí)存在。

冷熱通道是規(guī)定數(shù)據(jù)機(jī)房的計(jì)算機(jī)設(shè)備的擺放布局設(shè)計(jì)，其主要由機(jī)柜列、通道門、磁吸式翻轉(zhuǎn)天窗、靜電地板以及動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等組成，機(jī)房冷熱通道設(shè)計(jì)是讓機(jī)柜交叉行排列，機(jī)柜冷熱氣流進(jìn)出口統(tǒng)一排放，通常情況下，機(jī)柜冷氣流進(jìn)口面對(duì)面排列形成冷通道，此時(shí)空調(diào)機(jī)組向冷通道內(nèi)輸入冷氣，詳見(jiàn)圖1。機(jī)柜熱氣流出口背對(duì)背排列形成熱通道，此時(shí)空調(diào)機(jī)組回收通道內(nèi)的熱空氣，通過(guò)室外機(jī)集中排出。

圖1 冷通道重要組成圖例

微模塊既可以視為冷熱通道封閉系統(tǒng)的升級(jí)版，也可以視為是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的迷你版，又稱作為微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房，采用模塊化設(shè)計(jì)，將供配電系統(tǒng)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等集成在一個(gè)封閉通道模塊內(nèi)，達(dá)到快速交付，按需部署的需求。微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房是按照數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房場(chǎng)地進(jìn)行功能性劃分，每個(gè)功能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)模塊化、獨(dú)立化，每個(gè)獨(dú)立區(qū)域的設(shè)備配置、電力負(fù)載、系統(tǒng)規(guī)模等均按照標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，微模塊解決方案結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 某場(chǎng)景微模塊解決方案結(jié)構(gòu)圖

3 噴淋系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心的設(shè)備一般是發(fā)熱的計(jì)算機(jī)設(shè)備，配備的精密空調(diào)系統(tǒng)一般為制冷空調(diào)為機(jī)房提供冷源保障，空調(diào)制冷通過(guò)制冷劑的液化和氣化的轉(zhuǎn)換過(guò)程，熱量在蒸發(fā)器處吸取，轉(zhuǎn)移到冷凝器處釋放，從而實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，達(dá)到制冷的目的。

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)大多適用在秋冬溫度較低的時(shí)候，尤其新風(fēng)系統(tǒng)在我國(guó)的北方區(qū)域使用較多，因?yàn)楸狈絽^(qū)域冬季周期長(zhǎng)、氣溫低，通過(guò)室外空氣與機(jī)房空氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到機(jī)房降溫的效果。目前數(shù)據(jù)中心在夏季還沒(méi)有針對(duì)空調(diào)的節(jié)能產(chǎn)品，基站空調(diào)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的冷凝水，通過(guò)把處理過(guò)的自來(lái)水霧化后噴灑在空調(diào)室外機(jī)翅片周圍，通過(guò)降低周圍空氣和翅片的溫度，緩解空調(diào)機(jī)組的工作壓力，降低空調(diào)的冷凝溫度，減少空調(diào)壓縮機(jī)的工作時(shí)間，能夠達(dá)到有很好的節(jié)能效果。

室外機(jī)噴淋系統(tǒng)主要是在冷凝器前加裝霧化噴嘴，向翅片管噴水霧，一方面水霧蒸發(fā)吸熱，降低冷凝器入口空氣干球溫度；另一方面水霧使翅片管外表面濕潤(rùn)，水本身的溫度較低，能迅速帶走一部分熱量，由于水的比熱容較大能夠達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的作用，容易冷卻在管內(nèi)流動(dòng)的制冷劑，翅片表面部分水蒸發(fā)后再吸走一部分熱量被自然風(fēng)帶走，利用水的低溫、比熱容以及蒸發(fā)吸熱作用，加快了室外溫度調(diào)節(jié)能力，使冷凝器的換熱能力大幅增加，冷凝器的溫度得到有效控制，解決了室外機(jī)的運(yùn)行高壓?jiǎn)栴}。

4 智能通風(fēng)地板

在實(shí)際的場(chǎng)地運(yùn)維過(guò)程中，冷通道內(nèi)的冷量是通過(guò)通風(fēng)地板向冷通道內(nèi)輸送冷量，并形成一定量的冷池對(duì)機(jī)柜設(shè)備進(jìn)行降溫處理。在不同的季節(jié)，根據(jù)局部的溫濕度儀表的讀數(shù)，場(chǎng)地管理員需要人為的將通風(fēng)地板進(jìn)行打開和關(guān)閉，通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)通風(fēng)地板，將地板下方的氣壓、冷量、氣流等達(dá)到一個(gè)合理穩(wěn)定的狀態(tài)，為數(shù)據(jù)機(jī)房提供合理的能源使用效率，有效解決冷通道內(nèi)部氣流短路和地板下方氣流低壓不足的現(xiàn)象，避免機(jī)房發(fā)生局部熱島效應(yīng)，達(dá)到了降低機(jī)房整體能耗。但機(jī)房的熱負(fù)荷隨著機(jī)器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)不斷變化，對(duì)冷池中的冷量需求也在不斷變化，通過(guò)智能通風(fēng)地板對(duì)風(fēng)口的自動(dòng)調(diào)節(jié)，能夠合理解決冷量停留、氣流短路的問(wèn)題，使機(jī)房整體冷量合理化分配，從而降低空調(diào)的負(fù)載壓力，提高空調(diào)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)房綠色節(jié)能的效果，對(duì)于如何解決數(shù)據(jù)中心的冷卻問(wèn)題提供了新的視角。

4.1 智能溫控送風(fēng)地板

通過(guò)采集安裝在機(jī)柜上的溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)，可變風(fēng)量的EC風(fēng)機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向機(jī)柜輸送可控的冷量，用于無(wú)封閉冷熱通道的數(shù)據(jù)機(jī)房。

4.2 智能溫控導(dǎo)向型送風(fēng)地板

為了最大限度減少送風(fēng)旁流，還可以在地板送風(fēng)裝置中加入0～15°可調(diào)的導(dǎo)向裝置，可變風(fēng)量的EC風(fēng)機(jī)可以按照一定的角度將冷風(fēng)直接送向機(jī)柜，用于無(wú)封閉冷熱通道的數(shù)據(jù)機(jī)房。

4.3 智能溫控（壓控）風(fēng)閥地板

根據(jù)安裝在機(jī)柜上的溫濕度（壓力）傳感檢測(cè)裝置，對(duì)封閉的冷通道或者熱通道并做出實(shí)時(shí)有效反應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展，節(jié)能控制系統(tǒng)也應(yīng)與數(shù)據(jù)中心發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，吸取以往節(jié)能控制系統(tǒng)中的經(jīng)驗(yàn)，因地制宜探索更加貼近現(xiàn)場(chǎng)的節(jié)能控制方法，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能等信息化技術(shù)手段，使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行更好地與IT負(fù)載契合，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，降低空調(diào)供冷冗余量，提高空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能減排的效果。綠色節(jié)能是國(guó)家和地方對(duì)數(shù)據(jù)中心提出新的要求，是數(shù)據(jù)中心的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，PUE值是一個(gè)區(qū)域性的指標(biāo)要求，能夠利用這個(gè)指標(biāo)來(lái)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)機(jī)房的節(jié)能情況。

在新建或者改造的數(shù)據(jù)機(jī)房中要實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，并獲得較低的PUE值。

水冷空調(diào)機(jī)組是目前穩(wěn)定成熟的產(chǎn)品，是降低PUE值最佳的選擇，比較適合用于新建的大中型數(shù)據(jù)中心。房間級(jí)和行間級(jí)精密空調(diào)機(jī)組是傳統(tǒng)的風(fēng)冷式空調(diào)機(jī)組，通過(guò)合理部署精密空調(diào)的位置，有效控制機(jī)房整體環(huán)境指標(biāo)，針對(duì)性的局部制冷降溫，比較合適于舊機(jī)房改造和小型基站機(jī)房。冷熱通道是數(shù)據(jù)中心最見(jiàn)成效的節(jié)能技術(shù)之一，是從整體上對(duì)機(jī)房氣流組織進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，對(duì)冷量進(jìn)行集中管理和調(diào)配。室外機(jī)噴淋系統(tǒng)主要是針對(duì)高溫季節(jié)對(duì)空調(diào)機(jī)組的室外環(huán)境進(jìn)行改善，實(shí)現(xiàn)機(jī)組高效穩(wěn)定的運(yùn)行。通風(fēng)地板是局部對(duì)冷通道中的冷量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，達(dá)到合理化利用冷池中的冷量。