数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术

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凸显。
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。


数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图1)

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
数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图2)




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。

数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图3)

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。

数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图4)

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。

数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图5)

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。

数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图6)数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图7)

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。

数据中心节能技术介绍——数据中心间接蒸发冷却技术(图8)

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。



(来源:数据中心运维管理)



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