數據中心空調技術發展趨勢

時間:2020-01-10 09:27:00  來源:http://www.werstnet.com/news313926.html

進入21世紀,數據中心呈現出日新月異的高速發展態勢,低碳化、虛擬化、模塊化成為數據中心發展的必然要求,伴隨著數據中心的高速發展,在保障高可用性的基礎上,數據中心空調系統設計的可用性、綠色節能、動態冷卻、高密度制冷是未來的發展趨勢。

                          



一、可用性


數據中心對可用性的要求遠遠高于普通的商業樓宇,空調系統同樣如此。目前對可用性的要求一般為A級或B級,需要空調系統有冗余設計,出現故障要有應急方案。傳統的分散式空調系統可用性比較高,設置冗余后,單臺機組不會影響數據中心的正常運行。


二、綠色節能


綠色數據中心已經成為數據中心建設和使用方以及設備供應商的共識。制冷系統是數據中心的耗電大戶,約占整個系統能耗的30%~45%,制冷系統的節能受到了前所未有的關注。優化送風方式、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呈現出百花齊放的現象。


在溫濕度設定方面,GB50174-2017和ASHRAE2011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℃的露點溫度的相對濕度,即小于60%的相對濕度和15℃的露點溫度。放寬的要求在保證機房設備正常運行的同時,可以減少機房制冷、加熱、加濕、除濕的耗能,降低機房空調系統的能耗并提高能效。


在節能機房空調設備方面,變容量壓縮機、高效EC風機、節能智能控制、利用自然冷源等技術的應用使得機房空調機組的能效和適應性越來越強。


對于水的關注也逐步加強,WUE、耗水、循環水應用、雨水應用等也在數據中心的設計中得到重視。


三、動態冷卻


在新型數據中心的建設中,“按需制冷”、 “動態制冷”也成為數據中心冷卻方案中一項很重要的評價標準。所謂“按需制冷”指的是數據中心空調的冷量輸出是伴隨著IT熱負荷的變化而變化,是一個動態的、可調節的輸出。


數據中心虛擬化的發展使得服務器等設備的發熱量會有更大波動,包括不同時間以及不同空間的變化。機房內不同的IT設備所需的冷卻溫度是不同的,甚至不同年代的同類型設備所需的冷卻溫度也不同。這就相應地要求制冷系統適應這種趨勢,要能提供動態的制冷方案,滿足不同時間和不同空間的需求。因此,動態制冷更能適應虛擬化需求。


目前,動態制冷主要應用的技術有風量智能調節技術,變容量壓縮機技術,智能控制系統等。采用動態智能制冷技術就是為了區別對待數據中心機房中不同設備的冷卻需要。動態智能冷卻技術通過建置多個傳感器群組的感應器來監控溫度根據散熱需求針對性地動態供應冷卻氣流,其風量大小可以根據需要隨時調節,從而達到節能目的。


冷源的利用率的提升也是提高數據中心冷卻效率的另外一個重要途徑,并被業界所重視。在氣流組織優化方面,從地板送風、風道送風等有組織送風方式,到當前的機柜送風、封閉通道方式的運行,甚至更前沿的針對機柜、芯片、散熱元件的定點冷卻方式在逐步應用。


四、高密度制冷


隨著數據中心單位用電量不斷增加,機房的發熱量越來越高,而高功率密度機架服務器、刀片服務器等高熱密度設備的應用,造成機房的單個機柜功耗不斷提高,單位面積熱量急劇上升,因此高熱密度的機房一些問題逐漸涌現出來。

                        


經過大量的實驗驗證發現,當單個機柜(服務器)的熱負荷過高時,如果還是采用傳統方式的機房專用空調來解決,就會造成以下問題:1、機房環境溫度控制得不理想,會有局部“熱點”存在;2、由于設備需要通過大量的循環風來帶走如此多的熱量,采用傳統的機房空調系統會占用大量的機房空間。上送風機組需要采用風管的截面積尺寸非常巨大,下送風機組的架空地板的高度需要提高很多,會造成很多已經運行的機房將無法繼續使用。


因此,機房空調制冷系統也必須做出相應的改進。高熱密度制冷系統在解決機房內局部過熱方面,成為機房制冷系統的重要組成部分。目前,高密度制冷方面,應用較成熟的技術主要有封閉冷熱通道、列間制冷,而背板冷卻、芯片冷卻等技術也相繼應用推廣。


另外,伴隨整個數據中心基礎設施技術發展的路徑,空調技術也在逐步加強模塊化的理念,預制化和產品化、去工程化的影響在空調技術上也得以落實,比如集成冷站、模塊冷水機組、一體化蒸發冷卻設備等等,逐步成為主流。這種方式具備快速建設、快速實施、運維管理簡單、節能高效的特點,應用在數據中心項目上的案例越來越多。

以上內容摘錄自:《數據中心間接蒸發冷卻技術白皮書》(2019.5),未經許可請勿轉載)