数据中心节能技术介绍——间接蒸发自然冷却

随着云计算、大数据、物联网等产业的快速发展，数据中心作为海量数据运算及存储的载体，数量和规模增长速度逐年加快。快速发展的同时，带来了能源消耗巨大、绿色节能水平亟待提高等普遍问题。根据京政办发【2018】35号文要求，北京市禁止新建或扩建PUE值在1.4以上的数据中心，可以看出社会对数据中心绿色节能低碳的要求日益突显。

通过统计与分析，数据中心面临的高能耗挑战中，制冷系统的能耗约占数据中心总体能耗的40%左右，因此，运用新技术、新产品，提高制冷系统节能水平，降低耗电量，提升能效水平已成为业界核心共识。

图1    数据中心能耗占比示意图

一、数据中心常用的节能技术

二、间接蒸发自然冷却技术的优势

数据中心制冷技术历经风冷直膨式系统、水冷系统、水侧自然冷却系统及风侧自然冷却系统等时期，节能技术逐步发展。目前大型数据中心应用的间接蒸发自然冷却方式，与传统新风自然冷却及冷冻水冷却系统相比，具有室内空气不受室外环境空气质量的影响、喷淋加湿空气不会影响室内湿度、过滤器维护成本低、耗水量少、节能水平高等特点和优势。

三、间接蒸发冷却原理

间接蒸发冷却技术（Indirect evaporative cooling technology）简称IEC，间接蒸发冷却作为蒸发冷却的一种独特等湿降温方式，其基本原理是：利用直接蒸发冷却后的空气(称为二次空气)和水，通过换热器与室外空气进行热交换，实现新风(称为一次空气)冷却。由于空气不与水直接接触，其含湿量保持不变，一次空气变化过程是一个等湿降温过程。下图为间接蒸发冷却原理示意图。

图2    间接蒸发冷却示意图

四、间接蒸发冷却机组组成结构

间接蒸发系统由喷淋装置、换热芯体、室内风机、室外风机、机械制冷补充装置、控制系统等组成。

图3    间接蒸发冷却系统结构示意图

• 喷淋装置

    喷淋装置由接水盘、循环水泵、喷洒系统、水位控制系统等要素组成。

• 换热芯体

    换热芯体是系统重要的组成装置，构成两个互不相通的空气管道，借助两个通道的间壁，使一次空气得到冷却。

• 室内循环风机

    根据负载变化实现风机变风量调节。

• 室外冷凝风机

    根据环境温度变化实现变风量调节。

• 直流变频压缩机

    根据室外温度的变化，实现冷量补充以满足负载需求。

   

五、间接蒸发冷却系统运行模式

      

蒸发冷却基于干湿球温差制冷，注重环境干球温度和湿球温度，主要存在三种工作模式：

1. 间接风风换热自然冷却模式（室外＜18℃）

在冬季室外温度低的情况下，上部室外侧气流进入机组。首先进行空气过滤。因为室外空气温度低，无需绝热蒸发所产生的制冷量足够在换热器内冷却服务器机房回风。经过换热器后，吸收热量的室外空气回到上部，由室外侧EC 风机墙排放到室外。在机组下部分，机房内部的热回风首先经过过滤，在热交换器中和室外空气进行热交换。冷却后的机房回风，经过室内侧EC 风机墙被送入服务器机房。

图4    干模式运行示意图

2. 间接蒸发自然冷却模式（干球温度＞18℃，湿球温度＜18℃）

在春秋季室外温度较低的情况下，上部室外侧气流进入机组。首先进行空气过滤。因为室外空气温度不够低，需要通过高压微雾喷淋进行绝热蒸发制冷的来补充制冷量。室外空气在换热器内冷却服务器机房回风，吸收热量的室外空气回到上部，由室外侧EC 风机墙排放到室外。在机组下部分，机房内部的热回风首先经过过滤，在热交换器中和室外空气进行热交换。冷却后的室内空气，经过室内侧EC 风机墙被送入服务器机房。

图5    湿模式运行示意图

3. 间接蒸发自然冷却+机械冷却的混合模式（湿球温度＞18℃）

在夏季室外温度高的情况下，上部室外侧气流进入机组。首先进行空气过滤。通过高压微雾喷淋进行绝热蒸发制冷来补充制冷量。室外空气在换热器内冷却服务器机房回风，吸收热量的室外空气回到上部，由室外侧EC 风机墙排放到室外。在机组下部分，机房内部的热回风首先经过过滤，在热交换器中和室外空气进行热交换。因为室外空气温度高，经过换热器冷却后的室内空气温度仍然未到达送风温度要求，还需要补充机械制冷。经过室内侧EC 风机墙后，因为机械制冷风阀关闭，机房回风只能再经过机械制冷盘管，经过制冷后机房回风达到设定送风温度后被送入服务器机房。

图6    混合模式运行示意图

  

六、结语

目前数据中心节能技术百花齐放，快速发展，以不断追求降低机房PUE能耗的核心目标，提升数据中心运营效率。以上就是对数据中心一种主流节能技术的分享内容，欢迎大家交流和指正。

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