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空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展方式
在伴隨著上世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生，數(shù)據(jù)中心也應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，空調(diào)從來(lái)就是不可或缺的重要設(shè)備。下面是小編為大家整理的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展方式，歡迎大家閱讀瀏覽。
一、數(shù)據(jù)中心空調(diào)技術(shù)發(fā)展回顧
伴隨著上世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生，數(shù)據(jù)中心也應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，空調(diào)從來(lái)就是不可或缺的重要設(shè)備。隨著數(shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展，與之配套的數(shù)據(jù)中心空調(diào)技術(shù)也在迅速發(fā)展，其發(fā)展大致可分為以下三個(gè)時(shí)期：
早期數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)(1950～1970年)
前期的機(jī)房是為某臺(tái)計(jì)算機(jī)(大、中、小型機(jī))專門建設(shè)的，并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，完全是在摸索中建設(shè)的。由于沒(méi)有專門的機(jī)房專用空調(diào)設(shè)備，這時(shí)機(jī)房的空調(diào)采用普通民用空調(diào)或利用大樓空調(diào)系統(tǒng)集中供冷的舒適性空調(diào)設(shè)備，然而，舒適性空調(diào)是針對(duì)人所需求的環(huán)境條件設(shè)計(jì)的，并非為了處理數(shù)據(jù)機(jī)房的熱負(fù)荷集中和熱負(fù)荷組成，只有降溫功能，沒(méi)有精密的溫度控制，沒(méi)有濕度控制功能，沒(méi)有嚴(yán)格的除塵措施，也沒(méi)有測(cè)試指標(biāo)。在機(jī)房?jī)?nèi)使用舒適性空調(diào)時(shí)遇到如下問(wèn)題：
(1)舒適性空調(diào)無(wú)法保持機(jī)房溫度恒定，可能會(huì)導(dǎo)致電子元?dú)饧膲勖蟠蠼档汀?/p>
(2)無(wú)法保持機(jī)房溫度均勻，局部環(huán)境容易過(guò)熱，從而導(dǎo)致機(jī)房電子設(shè)備突然關(guān)機(jī)。
(3)無(wú)法控制機(jī)房濕度、機(jī)房濕度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生凝結(jié)水，可能造成微電路局部短路;機(jī)房濕度過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生有破壞性的靜電，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行失常。
(4)風(fēng)量不足和過(guò)濾器效果差、機(jī)房濟(jì)凈度不夠，會(huì)產(chǎn)生灰塵的積聚而造成電子設(shè)備散熱困難，容易過(guò)熱和腐蝕。
(5)舒適性空調(diào)設(shè)計(jì)選材可靠性差，從而造成空調(diào)維護(hù)量大、壽命短。
發(fā)展期數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)(1970～2000年)
出現(xiàn)了專門為單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)房，有了專用的機(jī)柜(大、中、小機(jī)柜)，并且開始逐步制訂標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)房選址、面積等。機(jī)房制冷也從普通的民用舒適性空調(diào)機(jī)和集中冷卻，開始轉(zhuǎn)向采用恒溫恒濕的機(jī)房專用精密空調(diào)機(jī)，機(jī)房除塵方面采用新風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)房正壓防塵，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心保持溫濕度恒定、良好的空氣潔凈度、具備遠(yuǎn)程監(jiān)控等要求。機(jī)房專用精密空調(diào)在設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)的舒適性空調(diào)有著很大區(qū)別，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)大風(fēng)量、小焓差
(2)全年制冷運(yùn)行
(3)恒溫恒濕控制
(4)送回風(fēng)方式多樣
(5)可靠性較高
創(chuàng)新期數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)(2000～至今)
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息化的來(lái)臨，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求也逐漸增大。數(shù)據(jù)中心也逐漸進(jìn)入到各個(gè)行業(yè)，大家對(duì)數(shù)據(jù)中心的理解和要求也出現(xiàn)了不同之處。一般企業(yè)認(rèn)為數(shù)據(jù)中心是成本中心，數(shù)據(jù)中心租賃企業(yè)認(rèn)為數(shù)據(jù)中心是利潤(rùn)中心，金融行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心可靠性要求嚴(yán)格，制造業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)易用性和成本提出很高要求。多種不同的需求促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的迅速發(fā)展和創(chuàng)新方案的產(chǎn)生。
如送風(fēng)方式的創(chuàng)新，從下送風(fēng)到靠近熱源的列間空調(diào)設(shè)備;冷源的創(chuàng)新，自然冷源的應(yīng)用逐漸走向普及;建設(shè)模式的創(chuàng)新，模塊化的方案;工業(yè)化創(chuàng)新，大型數(shù)據(jù)中心引入工業(yè)化的建設(shè)理念;各種空調(diào)設(shè)備的創(chuàng)新，目前設(shè)備的能效，性能，控制等和10年前不可同日耳語(yǔ)。
二、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)
進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)據(jù)中心呈現(xiàn)出日新月異的高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，低碳化、虛擬化、模塊化成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然要求，伴隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展，在保障高可用性的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可用性、綠色節(jié)能、動(dòng)態(tài)冷卻、高密度制冷是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
1、可用性
數(shù)據(jù)中心對(duì)可用性的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的商業(yè)樓宇，空調(diào)系統(tǒng)同樣如此。目前對(duì)可用性的要求一般為A級(jí)或B級(jí)，需要空調(diào)系統(tǒng)有冗余設(shè)計(jì)，出現(xiàn)故障要有應(yīng)急方案。傳統(tǒng)的分散式空調(diào)系統(tǒng)可用性比較高，設(shè)置冗余后，單臺(tái)機(jī)組不會(huì)影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行;大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的集中冷源系統(tǒng)，對(duì)可用性帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)需要設(shè)計(jì)能備份的冗余方案。
2、綠色節(jié)能
隨著綠色數(shù)據(jù)中心概念的深入人心，建設(shè)具備節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的綠色數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)和使用方以及設(shè)備供應(yīng)商的共識(shí)。在低碳潮流下，數(shù)據(jù)中心急需有所作為。制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的耗電大戶，約占整個(gè)系統(tǒng)能耗的30%~45%，制冷系統(tǒng)的節(jié)能受到了前所未有的關(guān)注。優(yōu)化送風(fēng)方式、冷熱通道布局、冷熱通道隔離、智能群控、利用室外自然冷源等方案已經(jīng)呈現(xiàn)出百花齊放的現(xiàn)象。還有數(shù)據(jù)中心采用了熱回收裝置產(chǎn)生熱水，作為生活、洗澡、游泳池等用途，降低了整個(gè)系統(tǒng)的碳消耗。
在溫濕度設(shè)定方面，ASHRAE在2011版本中推薦的溫度范圍為18℃~27℃，推薦的濕度范圍為大于5.5℃的露點(diǎn)溫度的相對(duì)濕度，即小于60%的相對(duì)濕度和15℃的露點(diǎn)溫度。放寬的要求在保證機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)，可以減少機(jī)房制冷、加熱、加濕、除濕的耗能，降低機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的能耗并提高能效。
在節(jié)能機(jī)房空調(diào)設(shè)備方面，變?nèi)萘繅嚎s機(jī)、高效EC風(fēng)機(jī)、節(jié)能智能控制、利用自然冷源等技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)房空調(diào)機(jī)組的能效和適應(yīng)性越來(lái)越強(qiáng)。
對(duì)于水的關(guān)注也在逐步進(jìn)入大家的視野，WUE，水的消耗和循環(huán)水應(yīng)用，雨水的應(yīng)用也在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)中得到重視。
3、動(dòng)態(tài)化
在新型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和應(yīng)用中，“按需制冷”、或者“動(dòng)態(tài)制冷”也成為數(shù)據(jù)中心冷卻方案中一項(xiàng)很重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。所謂“按需制冷”指的是數(shù)據(jù)中心空調(diào)的冷量輸出是伴隨著IT熱負(fù)荷的變化而變化，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、可調(diào)節(jié)的輸出。隨數(shù)據(jù)中心發(fā)熱密度的不斷增大，數(shù)據(jù)中心空調(diào)除了提供穩(wěn)定、可靠、綠色的冷卻的同時(shí)，如何防止出現(xiàn)局部熱點(diǎn)也成為冷卻方案需要重點(diǎn)考慮的需求之一。
數(shù)據(jù)中心虛擬化的發(fā)展使得服務(wù)器等設(shè)備的發(fā)熱量會(huì)有更大波動(dòng)，包括不同時(shí)間以及不同空間的變化。機(jī)房?jī)?nèi)不同的IT設(shè)備所需的冷卻溫度是不同的，甚至不同年代的同類型設(shè)備所需的冷卻溫度也不同。這就相應(yīng)地要求制冷系統(tǒng)適應(yīng)這種趨勢(shì)，要能提供動(dòng)態(tài)的制冷方案，滿足不同時(shí)間和不同空間的需求。因此，動(dòng)態(tài)制冷更能適應(yīng)虛擬化需求。
目前，動(dòng)態(tài)制冷主要應(yīng)用的技術(shù)有風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)(溫度控制或靜壓控制)，變?nèi)萘繅嚎s機(jī)技術(shù)，智能控制系統(tǒng)等。采用動(dòng)態(tài)智能制冷技術(shù)就是為了區(qū)別對(duì)待數(shù)據(jù)中心機(jī)房中不同設(shè)備的冷卻需要。動(dòng)態(tài)智能冷卻技術(shù)通過(guò)建置多個(gè)傳感器群組的感應(yīng)器來(lái)監(jiān)控溫度根據(jù)散熱需求針對(duì)性地動(dòng)態(tài)供應(yīng)冷卻氣流，其風(fēng)量大小可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能目的。
冷源的利用率的提升也是提高數(shù)據(jù)中心冷卻效率的另外一個(gè)重要途徑，并被業(yè)界所重視。在氣流組織優(yōu)化方面，從最初的大空間自然送風(fēng)方式，逐漸升級(jí)到如地板送風(fēng)、風(fēng)道送風(fēng)等一些粗放型的有組織送風(fēng)方式，再到當(dāng)前的機(jī)柜送風(fēng)、或者封閉通道冷卻方式的運(yùn)行，甚至有了更前沿的針對(duì)機(jī)柜、芯片、散熱元件的定點(diǎn)冷卻方式的應(yīng)用。
4、高密度
隨著數(shù)據(jù)中心單位用電量不斷增加，機(jī)房的發(fā)熱量越來(lái)越高，而高功率密度機(jī)架服務(wù)器、刀片服務(wù)器等高熱密度設(shè)備的應(yīng)用，造成機(jī)房的單個(gè)機(jī)柜功耗不斷提高，單位面積熱量急劇上升，因此高熱密度的機(jī)房一些問(wèn)題逐漸涌現(xiàn)出來(lái)。
經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單個(gè)機(jī)柜(服務(wù)器)的熱負(fù)荷過(guò)高時(shí)，如果還是采用傳統(tǒng)方式的機(jī)房專用空調(diào)來(lái)解決，就會(huì)造成以下問(wèn)題：1)機(jī)房環(huán)境溫度控制得不理想，會(huì)有局部“熱點(diǎn)”存在;2)由于設(shè)備需要通過(guò)大量的循環(huán)風(fēng)來(lái)帶走如此多的熱量，采用傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)會(huì)占用大量的機(jī)房空間。上送風(fēng)機(jī)組需要采用風(fēng)管的截面積尺寸非常巨大，下送風(fēng)機(jī)組的架空地板的高度需要提高很多，會(huì)造成很多已經(jīng)運(yùn)行的機(jī)房將無(wú)法繼續(xù)使用。
因此，機(jī)房空調(diào)制冷系統(tǒng)也必須做出相應(yīng)的改進(jìn)。高熱密度制冷系統(tǒng)在解決機(jī)房?jī)?nèi)局部過(guò)熱方面，成為機(jī)房制冷系統(tǒng)的重要組成部分。目前，高密度制冷方面，應(yīng)用較成熟的技術(shù)主要有封閉冷熱通道、列間制冷，而背板冷卻、芯片冷卻等新技術(shù)則是未來(lái)發(fā)展方向。
更有甚者，在部分高熱流密度應(yīng)用中，放棄了傳統(tǒng)的對(duì)流散熱方式而采用導(dǎo)熱散熱方式，比如微通道冷卻技術(shù)的應(yīng)用，冷板(Cold Plate)散熱技術(shù)的應(yīng)用等等。
綜合來(lái)看，與Free-Cooling應(yīng)用、精確送風(fēng)、定點(diǎn)冷卻這些元素相關(guān)的應(yīng)用成為當(dāng)前數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)的熱點(diǎn)及發(fā)展方向。
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