浅谈如何提升数据中心制冷能效
2020-09-12
中国电源产业网
导语：数据中心机房单位面积能耗由10年前的400~500W/m2迅速升高到目前的800~1000W/m2，而且还呈现不断上升的趋势。尤其是目前高密度IDC机房设备集成度的提高，已经使单机架的功率大幅度提升。台式服务器机架功率为1.5kW，模块式服务器机架功率为10kW左右，现在最新的刀片式服务器机架功率高达30kW。高耗电，必然产生了高发热,因此IDC机房的空调需求量也大幅度增加。
数据中心节能降耗应从两个方面入手，第一是减少数据中心IT设备对电能的需求，降低其能耗和发热量，第二是提高供电和制冷系统的效率，减少不必要的浪费。今天我们一起讨论下数据中心制冷系统的节能。
数据中心机房单位面积能耗由10年前的400~500W/m2迅速升高到目前的800~1000W/m2，而且还呈现不断上升的趋势。尤其是目前高密度IDC机房设备集成度的提高，已经使单机架的功率大幅度提升。台式服务器机架功率为1.5kW，模块式服务器机架功率为10kW左右，现在最新的刀片式服务器机架功率高达30kW。高耗电，必然产生了高发热,因此IDC机房的空调需求量也大幅度增加。
针对数据中心机房IT设备用电功耗及机房散热要求。应采用相对应的机房制冷系统解决方案和机房散热方案：
1）当机房机柜功耗在3~6kW时，建议采用风冷或水冷空调系统，采用面对面，背对背的冷热通道分隔的机房气流组织进行规划和建设。在当地气候允许的条件下，可考虑能效比较高的水冷空调系统和自然风冷冷却方案。当机房局部产生热岛时，可使用有气流导向的变风量送风地板，增强机房热岛区的局部散热。
2）当机房机柜功耗在8~15kW时，建议采用封闭冷通道气流组织进行规划，采用风冷或者水冷空调系统。在机房局部功率产生热岛时，可使用EC风机与送风地板，增强机房热岛区的局部散热；在机房局部产生高功率热岛时，使用机房行间空调封闭局部进行内部增强快速散热。
3）当机房机柜功耗在15~25kW时，建议采用机房行间空调，机柜封闭增强机房热岛区的局部散热，有条件可采用冷板式机柜，柜内热空气与冷却水在柜内进行热交换的冷却技术。
4）当机房功率大于25kW时，考虑更加高效的散热冷却技术，采用液冷技术，高密度服务器高度热品质冷却系统。
从以上方案，我们可以看出，对于传统的低功率机柜，利用风冷空调制冷技术即可满足其运行条件。当功率大于10kW时，需采用封闭通道并采用行间空调制冷。当功率大于15kW时，需采用冷板式制冷技术满足机柜运行需要。当功率大于25kW时，考虑更加散热高效的浸没式液冷技术。
云数据中心发展趋势为大规模、高密度机房，传统的空调制冷方式将很难满足未来的数据中心运行要求。如何更加高效节能，我们对比一下上述液冷技术路线与传统技术性能PUE。
不同冷却技术能耗对比对比传统空气冷却、冷板式、浸没式液冷，不考虑外界环境因素变化，三种技术对比如下：
总 结
分析三种技术运行工况，制冷系统制冷能耗总体不断降低。冷板式对于传统风冷冷却技术能够有效大幅度降低能耗，浸没式液冷能够更进一步节能降耗，PUE可以达到1.09。随着国内对数据中心节能指标控制越加严格，PUE有更进一步降低的趋势，有此可见，浸没式液冷在高功率、大规模数据中心节能应用存在广阔的前景。随着技术不断发展，数据中心制冷系统将会更加高效节能。
编辑：中国电源产业网
来源：《电源工业》杂志
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