自然冷源技术在模块化数据中心的应用

简析数据中心空调系统节能技术的应用程小静刘彬华信咨询设计研究院有限公司摘要：本文结合数据中心能耗分析，分别从合理利用自然冷源、气流组织优化、采用变频技术、采用液冷技术四个方面对数据中心空调系统节能进行分析，为实现数据中心高效低碳健康发展提供一定的参考和依据。

关键词：数据中心空调系统能耗分析节能技术Application of Energy Saving Technology onAir Conditioning System in Data CenterCHENG Xiao-jing,LIU BinHuaxin Consulting Design Research Institute Co.,Ltd.Abstract:Combined with energy consumption analysis of data center,this paper analyzes energy saving of data center air conditioning system from four aspects:rational utilization of natural cooling source,optimization of air flow organization,adoption of frequency conversion technology,and adoption of liquid cooling technology,and provides certain reference and basis for the realization of high efficiency,low carbon and healthy development of data center.Keywords:data center,air conditioning system,analysis of energy consumption,energy saving technology收稿日期：2020-5-6作者简介：程小静（1988~），女，硕士，工程师；杭州市滨江区春波路999号华信咨询设计研究院有限公司建筑设计研究院公用设备三所（310052）；E-mail:****************随着云计算、大数据、人工智能、物联网的深入发展，信息数据呈现快速增长趋势，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。

Telecom Power Technology节能减排新环境下的数据中心冷却节能技术徐嘉，林武隽，刘永彬（中国电信股份有限公司北京分公司，北京随着数据中心的容量和数量不断攀升，其绿色节能的迫切性日益凸显。

用于全年不间断供冷的能耗约占本文将从制冷系统控制策略、自然冷却技术和气流组织与液冷技术三个角度，对近年来发展较快的冷却节能技术进行梳理，以期为今后数据中心的新建设计和节能改造提供技术参考。

数据中心节能；控制策略；自然冷却；气流组织；液冷Energy Saving Technology for Data Center Cooling Under New Environment，LIN Wu-jun，LIU Yong-BinChina Telecom Corporation Limited Beijing BranchWith the increasing capacity and number of data centersbecome increasingly prominent. The energy consumption for the year-round uninterrupted cooling supply accounts % of the total energy consumption，so there is great potential for energy-saving optimization. In this the cooling energy-saving technologies which have developed rapidly in recent years are summarized from 2020年9月第37卷增刊1Telecom Power TechnologyＳｅｐ．　２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　Ｓ１　徐 嘉，等：新环境下的数据中心冷却节能技术主要用电设备，冷水主机的COP随负荷率的增加呈上凸型抛物线的趋势变化。

数据中心空调系统节能技术白皮书1.自然冷却节能应用1.1 概述随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。

制冷系统在数据中心的能耗高达40%，而制冷系统中压缩机能耗的比例高达50%。

因此将自然冷却技术引入到数据中心应用，可大幅降低制冷能耗。

自然冷却技术根据应用冷源的方式有可以分为直接自然冷却和间接自然冷却。

直接自然冷却又称为新风自然冷却，直接利用室外低温冷风，作为冷源，引入室内，为数据中心提供免费的冷量；间接自然冷却，利用水（乙二醇水溶液）为媒介，用水泵作为动力，利用水的循环，将数据中心的热量带出到室外侧。

自然冷却技术科根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周围环境、建筑结构等选择自然冷却方式。

1.2 直接自然冷却直接自然冷却系统根据风箱的结构，一般可分为简易新风自然冷却新风系统和新风自然冷却系统。

1.2.1简易新风自然冷却系统1.2.1.1简易新风自然冷却系统原理简易新风直接自然冷却系统主要由普通下送风室内机组和新风自然冷却节能风帽模块组成。

节能风帽配置有外部空气过滤器，过滤器上应装配有压差开关，并可以传递信号至控制器，当过滤器发生阻塞时，开关会提示过滤器报警。

该节能风帽应具备新风阀及回风阀，可比例调节风阀开度，调节新风比例。

该系统根据检测到的室外温度、室内温度以及系统设定等控制自然冷却的启动与停止。

1.2.1.2简易新风自然冷却系统控制进入自然冷却运行模式的条件：主要根据室外温度及室内设定温度作为进入自然冷却模式的依据。

ASHRAE TC 9.9- 2008建议数据机房温度范围18-27℃，可将机房温度设定为27℃，甚至更高些。

设定的室内温度越高越利于空调机组能效的提高，利用室外新风自然冷却的时间也越长。

简易新风自然冷却系统运行主要有以下模式：1．压缩机模式室外温度不满足自然冷却条件时，系统运行模式为压缩机运行模式。

通过压缩机循环制冷来冷却机房。

数据中心制冷技术的应用及发展摘要：本文简要回顾了数据中心制冷技术的发展历程，列举并分析了数据中心发展各个时期主流的制冷技术，例如：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。

同时，分析了国内外数据中心制冷技术的应用差别及未来数据中心制冷技术的发展趋势。

关键词：数据中心；制冷；能效；机房；服务器Abstract This paper briefly reviews the development of data center cooling technology, enumerates and analyzes the cooling technologies in data center development period. The enumerated technologies includes direct expansionair-conditioning system, water side cooling system, water side free cooling system and air side free cooling system, etc. At the same time, the paper analyzes the difference of data center cooling technology application between the domestic and overseas as well as the tendency of data center cooling technology in the future. Key words data center; cooling; efficiency; computer room; server1前言随着云计算为核心的第四次信息技术革命的迅猛发展，信息资源已成为与能源和材料并列的人类三大要素之一。

数据机房工程水蓄冷技术应用摘要：近年来，随着科学技术的发展，尤其是近年来网络的发展，人们对信息的需求量逐渐增大，对网络的依赖程度日渐提高，在这种情况下，互联网行业为了保证网络的畅通，必须要利用数据机房进行工作。

但是，在数据机房发展的同时，却出现了一些问题，例如运行中的热量问题，这需要相关的人员利用一些制冷技术进行处理。

本文就数据机房工程水蓄冷技术应用进行探讨，首先简要的介绍了水蓄冷技术的情况，其次，具体阐述了它在数据机房工程中的应用，以供参考。

关键词：数据机房工程；水蓄冷技术；应用近年来，随着人们对数据需求的增大，大型数据机房获得了发展契机，而数据机房要想获得长远的发展，必须要利用专业的技术人员对这些数据机房项目进行管理，在进行设计时，要注意数据机房的水蓄冷技术的应用。

通过应用水蓄冷技术来解决数据机房中存在的问题，并实现数据机房的高效、节能发展。

一、水蓄冷技术概念介绍和应用优势1.1水蓄冷技术的概念介绍水蓄冷空调系统是在夜间电力低谷时段开启制冷系统，将电力以冷量的形式储存在蓄冷设备内，而在白天电力高峰时段再将所储存的冷量释放到空调系统中去的技术。

蓄冷空调技术，对业主来说，并不一定节电，但能节省运行费用。

而且，它能平衡电网负荷，移峰填谷，保障电网安全，提高电能利用效率。

因此，国家把它作为一种节能环保的技术大力推广。

而水冷Free－Cooling（自然冷却）节能技术是目前大型数据机房常用的节能技术。

它是在室外温度较低时，冷却塔可提供较低温度的冷却水，此时关闭冷水机组，而使用板式换热器换热提供所需冷冻水，供精密空调使用。

这期间称为完全Free－Cooling阶段；在过渡季节，用较低温度的冷却水先进板式换热器，与冷冻水回水换热，先降低冷冻水温度１～２℃，再进冷水机组，将冷冻水降低到设计供水温度，此时冷水机组处于部分负荷运行，运行能耗较低。

这期间称为部分Free－Cooling阶段。

1.2数据机房工程的环境和空调系统的特点数据机房工程通常包括机房区和辅助区。

风冷氟泵自然冷列间空调与数据中心PUE管控一、摘要摘要：《中国联通数据中心电能利用效率（PUE）指导意见》对未来新建数据中心PUE提出了明确要求。

对自然冷的利用程度，是风冷制冷系统降低PUE的关键。

本文将针对风冷氟泵自然冷技术，探讨风冷氟泵自然冷列间系统相对于传统列间制冷系统对机房PUE的影响。

结轮为：采用风冷氟泵自然冷列间系统，在高回风温度场景，全年制冷系统耗电量相对于传统列间制冷系统节省约40%，满足机房PUE≤1.3的要求。

二、关键词关键词：PUE；自然冷；风冷氟泵；节能。

三、正文（一）背景在双碳战略以及PUE新标准的大背景下，各地对压降数据中心的PUE值有迫切需求。

制冷系统是基础设施中的运营商和数据中心耗电大户，也是节能的主要目标。

对于传统空调来讲，压缩机在工作过程中，会对冷媒进行压缩，使低压蒸汽向高温高压蒸汽转变，在此过程中，产生的能量消耗往往较大。

处于过渡季节以及存在自然冷源利用情况下，不需要讲压缩机开展，也能使空调器达到制冷效果，产生的供冷凉，可以符合室内对于冷负荷的实际需求，得到良好节能效果，此种技术为自然冷空调节能。

就南京地区而言，其所处位置是长江流域，因此气温不会过低，低于0℃的室外温度在全年中的占比较少。

氟泵空调在近几年发展中，突破了自身的效果限制、范围限制，整体功能获得了明显提升。

空调中“双擎”混合制冷的运用，能使室外温度达到20°C时，便开始节能运行，也能够使室外自然冷源获得充分运用，促进整机运能效比获得极大程度提升。

对于氟泵空调来讲，其为机房精密空调，可以基于室外温度环境出现的变化实现电控调节，通过氟泵节能单元的运用，将压缩机代替，促进机组整体功耗减少，从特点上来讲，主要体现在这几方面：首先，结合原本制冷系统当中冷凝器以及蒸发器，并需要进行设备投资，也不会占据空间；其次，并不会影响机房湿度以及洁净度；再次，两种循环使用的制冷剂为同一种，机房中不会出现水患；最后，具有良好节能效果，实际投资不高。

电源与节能技术金融行业、医疗行业、零售业以及互联网行业等都有不一样的需求。

但是，一个数据中心只有经过规划、设计和建设的过程才能投产，而模块化的设计建设模式可以帮助客户解决数据中心的高功率密度、快速部署、分期建设以及定制化的主要诉求，有效降低初期投资，提高部署速度[2]。

1.2　模块化数据中心的组成目前，碳达峰、碳中和已成为我国社会发展的重要原则之一，模块化数据中心与传统的数据中心相比，具有建设周期短、绿色节能、便于维护等特点，成为新型数据中心应用最为广泛的代表。

模块化数据中心可以让独立的功能单元简化，通过标准的架构设计实现独立的单元组合，降低了系统的复杂程度。

模块化数据中心主要由供配电系统、UPS系统、制冷系统、机柜系统以及动环监控系统和消防系统组成，文章主要介绍模块化数据中心中的供配电系统、UPS系统、制冷系统以及微模块机柜系统。

1.2.1　供配电系统供配电系统是机房建设的基础，是保障IT设备、空调、照明、消防以及动环监控等功能单元稳定运行的基础。

模块化数据中心的供配电系统应根据机房设计的建设等级和供电架构进行配置。

对于大中型模块化机房，应考虑从变压器起的高低压配电、油机和低压配电系统的独立分期配置及变压器上楼层的可能性，以应对大中型模块化机房的分期模块化部署。

对于小微型模块化机房，可配置独立一体化电力模块以简化供配电系统的建设复杂度。

1.2.2　UPS系统UPS系统是维持IT设备和其他主要功能单元安全运行的核心系统，主要有UPS主机和后备蓄电池组组成。

目前，行业主要采用高频UPS，可以分为塔式UPS和模块化UPS。

在传统机房中，机房为整体一次性设计与建设，因此多采用塔式UPS，但UPS 的工作效率与其实际负载率有直接关系，机房前期投产负载低，导致UPS的工作效率较低，带来额外的能耗。

在新型数据中心建设中，应充分考虑在不断电的情况下UPS系统的分期建设。

目前，新建数据中心多采用模块化UPS，用户可以根据实际负载决定投入使用的功率模块数量，使UPS系统始终保持在一个合理的负载率，从而提高整体系统的能效比。