节能技术在绿色机房的应用与实践

文_王慧慧 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院

1 精密空调

从广义角度出发，国内数据机房的空调系统主要分为两大类：一类为机房精密空调，占据着市场大部分份额，如Vertiv（维谛）、STULZ（世图兹）、Schneider（施耐德）等，主要为欧美品牌；另一类为工业级无人值守空调，一般在基站机房使用，如DAIKIN（大金）、HITACHI（日立）、Haier（海尔）等，主要为东亚和国内品牌。

从功能属性出发，数据中心精密空调冷源一般有风冷空调机组、水冷空调机组、双冷源空调机组等空调系统。针对上述空调系统机组来讲，大中型及以上的新建数据中心机房为达到国家或者地方的相关政策，一般采用能效比高的水冷冷冻水系统，通过集中设置冷源的方式将PUE值控制在1.3左右，而采用水系统的空调机组在运维管理上存在一系列的安全隐患问题，如突发性紧急泄水系统、水系统的管路冗余设计方案、多路水源供应方案以及蓄水保障系统，以及后期大量的运维成本和人工成本投入。对于老旧机房改造和小型机房建设，由于旧机房的基础建设和配套设施无法大规模变更和性价比考虑，一般采用简单易安装的风冷式空调系统机组，其PUE值一般不可能小于1.8，通常在2.0以上。

2 冷通道

机房通道封闭系统是响应“机房节能减排，推进绿色新机房”应运而生的，旨在通过集中管理气流来节约能源和降低冷却成本，是一项通过改善周围环境从而有效控制设备温度，达到降低设备功耗的绿色节能技术，主要应用于各类数据中心机房。通道封闭系统主要是对机房的气流组织进行有效的改善和优化，是将机房混合的热空气和冷空气有效隔离开，使冷量集中储存降温和热量集中排出或者返回到空调的回风口，形成合理的气流组织循环系统。数据机房既可以存在热封闭通道系统，也可以存在冷封闭通道系统或二者皆可同时存在。

冷热通道是规定数据机房的计算机设备的摆放布局设计，其主要由机柜列、通道门、磁吸式翻转天窗、静电地板以及动环监控系统等组成，机房冷热通道设计是让机柜交叉行排列，机柜冷热气流进出口统一排放，通常情况下，机柜冷气流进口面对面排列形成冷通道，此时空调机组向冷通道内输入冷气，详见图1。机柜热气流出口背对背排列形成热通道，此时空调机组回收通道内的热空气，通过室外机集中排出。

图1 冷通道重要组成图例

微模块既可以视为冷热通道封闭系统的升级版，也可以视为是数据中心机房的迷你版，又称作为微模块数据机房，采用模块化设计，将供配电系统、动力环境监控系统、暖通系统、安防系统等集成在一个封闭通道模块内，达到快速交付，按需部署的需求。微模块数据机房是按照数据中心建设标准对数据机房场地进行功能性划分，每个功能领域实现模块化、独立化，每个独立区域的设备配置、电力负载、系统规模等均按照标准化进行统一设计，微模块解决方案结构见图2。

图2 某场景微模块解决方案结构图

3 喷淋系统

数据中心的设备一般是发热的计算机设备，配备的精密空调系统一般为制冷空调为机房提供冷源保障，空调制冷通过制冷剂的液化和气化的转换过程，热量在蒸发器处吸取，转移到冷凝器处释放，从而实现热量的转移，达到制冷的目的。

现有的数据中心节能技术大多适用在秋冬温度较低的时候，尤其新风系统在我国的北方区域使用较多，因为北方区域冬季周期长、气温低，通过室外空气与机房空气进行热交换，达到机房降温的效果。目前数据中心在夏季还没有针对空调的节能产品，基站空调运行时会产生大量的冷凝水，通过把处理过的自来水雾化后喷洒在空调室外机翅片周围，通过降低周围空气和翅片的温度，缓解空调机组的工作压力，降低空调的冷凝温度，减少空调压缩机的工作时间，能够达到有很好的节能效果。

室外机喷淋系统主要是在冷凝器前加装雾化喷嘴，向翅片管喷水雾，一方面水雾蒸发吸热，降低冷凝器入口空气干球温度；另一方面水雾使翅片管外表面湿润，水本身的温度较低，能迅速带走一部分热量，由于水的比热容较大能够达到调节温度的作用，容易冷却在管内流动的制冷剂，翅片表面部分水蒸发后再吸走一部分热量被自然风带走，利用水的低温、比热容以及蒸发吸热作用，加快了室外温度调节能力，使冷凝器的换热能力大幅增加，冷凝器的温度得到有效控制，解决了室外机的运行高压问题。

4 智能通风地板

在实际的场地运维过程中，冷通道内的冷量是通过通风地板向冷通道内输送冷量，并形成一定量的冷池对机柜设备进行降温处理。在不同的季节，根据局部的温湿度仪表的读数，场地管理员需要人为的将通风地板进行打开和关闭，通过不断地调节通风地板，将地板下方的气压、冷量、气流等达到一个合理稳定的状态，为数据机房提供合理的能源使用效率，有效解决冷通道内部气流短路和地板下方气流低压不足的现象，避免机房发生局部热岛效应，达到了降低机房整体能耗。但机房的热负荷随着机器设备的运转不断变化，对冷池中的冷量需求也在不断变化，通过智能通风地板对风口的自动调节，能够合理解决冷量停留、气流短路的问题，使机房整体冷量合理化分配，从而降低空调的负载压力，提高空调的运行效率，实现机房绿色节能的效果，对于如何解决数据中心的冷却问题提供了新的视角。

4.1 智能温控送风地板

通过采集安装在机柜上的温湿度传感器监测装置数据，可变风量的EC风机根据实时数据向机柜输送可控的冷量，用于无封闭冷热通道的数据机房。

4.2 智能温控导向型送风地板

为了最大限度减少送风旁流，还可以在地板送风装置中加入0～15°可调的导向装置，可变风量的EC风机可以按照一定的角度将冷风直接送向机柜，用于无封闭冷热通道的数据机房。

4.3 智能温控（压控）风阀地板

根据安装在机柜上的温湿度（压力）传感检测装置，对封闭的冷通道或者热通道并做出实时有效反应。

5 结语

随着数据中心节能技术不断发展，节能控制系统也应与数据中心发展与时俱进，吸取以往节能控制系统中的经验，因地制宜探索更加贴近现场的节能控制方法，结合大数据分析、人工智能等信息化技术手段，使空调系统运行更好地与IT负载契合，在保证系统稳定运行的同时，降低空调供冷冗余量，提高空调机组运行效率，达到节能减排的效果。绿色节能是国家和地方对数据中心提出新的要求，是数据中心的一个发展趋势，PUE值是一个区域性的指标要求，能够利用这个指标来实时显示数据机房的节能情况。

在新建或者改造的数据机房中要实现绿色节能，并获得较低的PUE值。

水冷空调机组是目前稳定成熟的产品，是降低PUE值最佳的选择，比较适合用于新建的大中型数据中心。房间级和行间级精密空调机组是传统的风冷式空调机组，通过合理部署精密空调的位置，有效控制机房整体环境指标，针对性的局部制冷降温，比较合适于旧机房改造和小型基站机房。冷热通道是数据中心最见成效的节能技术之一，是从整体上对机房气流组织进行优化调节，对冷量进行集中管理和调配。室外机喷淋系统主要是针对高温季节对空调机组的室外环境进行改善，实现机组高效稳定的运行。通风地板是局部对冷通道中的冷量进行合理调节，达到合理化利用冷池中的冷量。