数据中心空调节能研究

1、数据中心空调节能研究综述 范成龙 201630110048 LOGO LOGO 能耗现状01 存在问题02 节能方法03 目录 能耗现状01 LOGO 数据中心数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它 与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通 信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。 能耗现状01 LOGO 20152015年全球年全球IDCIDC需求热度不减，需求热度不减， 整体市场规模达到整体市场规模

2、达到384.6384.6亿美元亿美元 ，增速为，增速为17.3%17.3%，相比，相比20142014年增年增 速有所提升。速有所提升。技术创新技术创新和和云计算云计算 技术的应用技术的应用极大的调动了市场的极大的调动了市场的 热情，是保持热情，是保持IDCIDC市场增速提升市场增速提升 的主要原因。的主要原因。 2009 200920152015年全球年全球IDCIDC市场规模市场规模 ( (亿美元亿美元) ) 能耗现状01 LOGO 数据中心能耗主要来源于数据中心能耗主要来源于IT IT 设备、照明系统、空调系统、设备、照明系统、空调系统、 供配电系统等。供配电系统等。 空调系统空调系统所

3、产生的功耗约占数所产生的功耗约占数 据中心总功耗的据中心总功耗的40% 40% 左右。已左右。已 成为数据中心最大的能耗来源成为数据中心最大的能耗来源 之一，是当前数据中心提高能之一，是当前数据中心提高能 源效率的重点环节。源效率的重点环节。 数据中心能耗构成数据中心能耗构成 IT设备45% 空调系统 40% 电源系统 10% 照明系统5% 存在问题02 LOGO 数据中心空调系统除了数据中心空调系统除了常年运行常年运行这一主要因素以外，空调系统的各这一主要因素以外，空调系统的各 环节都存在着一些问题，主要有以下几个方面。环节都存在着一些问题，主要有以下几个方面。 1 1、设备集成化程度高、设

4、备集成化程度高 数据中心机房的设备数量不断增加，使得数据机房热负荷大，数据中心机房的设备数量不断增加，使得数据机房热负荷大， 湿负荷小，单位体积发热量越来越大湿负荷小，单位体积发热量越来越大。 2 2、冷源利用不合理、冷源利用不合理 数据中心冷却系统的能耗占总能耗约数据中心冷却系统的能耗占总能耗约37%37%，加之全天运行，加之全天运行， 制冷设备降温排热的情况决定了数据中心尽可能利用自然冷却技制冷设备降温排热的情况决定了数据中心尽可能利用自然冷却技 术的必要性。术的必要性。 存在问题02 LOGO 3 3、系统存在局部过热现象、系统存在局部过热现象 数据中心数据中心ITIT设备数量的急剧增加

5、及集成化程度的提高，高散设备数量的急剧增加及集成化程度的提高，高散 热量的数据中心局部发热问题愈发严重，变化明显的温度梯度，热量的数据中心局部发热问题愈发严重，变化明显的温度梯度， 使得系统冷却问题越来越复杂。使得系统冷却问题越来越复杂。 节能方法03 LOGO 1 1、合理利用自然冷源、合理利用自然冷源 对于绝大多数地区来说，全年有相当多的时间室外气温低于数对于绝大多数地区来说，全年有相当多的时间室外气温低于数 据中心室内温度。利用自然界的据中心室内温度。利用自然界的低温冷源低温冷源进行冷却的方案被称为进行冷却的方案被称为 自然冷却。自然冷却。 空气侧自然冷却 水侧自然冷却 节能方法03 L

6、OGO 空气侧自然冷却空气侧自然冷却 空气侧自然冷却可以分为直接式空气侧自然冷却可以分为直接式 和间接式。和间接式。 直接式直接式是指直接将室外冷空气引是指直接将室外冷空气引 入数据中心入数据中心; ; 直接式空气侧自然冷却的使用取直接式空气侧自然冷却的使用取 决于当地决于当地气候条件气候条件。 直接自然冷却直接自然冷却 节能方法03 LOGO 间接式间接式是指通过空气是指通过空气- -空气换热空气换热 器利用室外冷空气对数据中心器利用室外冷空气对数据中心 进行冷却。进行冷却。 系统在原有的直膨式空调上增系统在原有的直膨式空调上增 加一个可以旋转的转轮，利用加一个可以旋转的转轮，利用 转轮内填

7、料的储能功能，让转转轮内填料的储能功能，让转 轮在两个封闭的风道内缓慢旋轮在两个封闭的风道内缓慢旋 转，被室外空气冷却的填料冷转，被室外空气冷却的填料冷 却室内空气。却室内空气。 空气侧自然冷却空气侧自然冷却 节能方法03 LOGO 水侧自然冷却水侧自然冷却 水侧自然冷却一般是在原有机房冷水机组的基础上进行改造，增加水侧自然冷却一般是在原有机房冷水机组的基础上进行改造，增加 水侧自然冷却器水侧自然冷却器而成，具体有以下几种实施方式而成，具体有以下几种实施方式: : 1 1）直接水冷式。此类系统直接将室外冷水引入数据中心。）直接水冷式。此类系统直接将室外冷水引入数据中心。 2 2）空冷式。空冷式

8、水侧自然冷却是指采用空气冷却器冷却循环水，）空冷式。空冷式水侧自然冷却是指采用空气冷却器冷却循环水， 辅助空调系统降温。辅助空调系统降温。 节能方法03 LOGO 3 3）冷却塔式。此类系统利用）冷却塔式。此类系统利用冷却塔提供冷却水冷却塔提供冷却水。含有两个水循环。含有两个水循环 : :冷却水冷却水( (外侧外侧) )循环和冷冻水循环和冷冻水( (内侧内侧) )循环。循环。 传统的水冷机房空调系统可以通过增加传统的水冷机房空调系统可以通过增加水侧自然冷却器旁通冷水水侧自然冷却器旁通冷水 机组机组构建此类系统。构建此类系统。 冷却塔式水侧自然冷却 节能方法03 LOGO 水侧自然冷却是大中型数

9、据中心最为普遍的自然冷却形式，并且 方便在原有的普通冷水机组的基础上改造。虽然其节能效果不如 空气侧自然冷却，但不会影响室内环境，是数据中心节能的有效 手段。 直接式自然冷却的应用要以室内污染物和湿度的合理控制为前提 。在空气洁净的地区效果比较理想。 节能方法03 LOGO 2 2、气流组织的优化、气流组织的优化 目前气流组织是数据中心冷 却的首要问题，如果规划不 好，就会导致机房过热和空 调的低效。引起的气流组织 不合理，导致局部热点。 节能方法03 LOGO 目前的送风方式有上送下回、侧送侧回、上送上回及下送上回等 多种方式，但是下送风方式比上送风更有利于机房的气流组织和 提高送风效率。

10、节能方法03 LOGO 目前冷热通道分离成为一个热门做法，被普遍应用，各机柜以面 对面和背靠背成排方式进行布置，冷风道配置开口地板，热风通 道没有开口地板，冷空气从开口地板进入两排柜子中间，形成冷 通道，冷风经过服务器，进入热风通道，冷热通道之间达到一定 程度的隔离。但是在机柜的顶部和整列机柜的头尾处，送风和回 风的混合还是存在的。 节能方法03 LOGO 冷通道封闭冷通道封闭 各机柜以面对面成排方式布置，在冷通道上机柜的顶部和整列机柜的 两端进行封闭，从而实现冷通道的封闭，通过约束机房空调送出的制 冷风量，避免冷气流在输送过程发生泄漏和混风 。 节能方法03 LOGO 各机柜以各机柜以面对面成排面对面