未来机房空调的发展方向.docx

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未来机房空调的发展方向

未来机房空调的发展方向

谈到未来机房空调的发展，就必须要联系到数据机房的发展，IDC数据中心也随着网络的高速发展成倍增加，很多经济可行的节能技术将被应用到数据中心来，机房空调必须要用新的思路和智慧围绕着数据机房发展的这个课题来做才能找对方向。

从国外来看，绿色数据中心是数据中心发展的必然。

绿色数据中心（GreenDataCenter）是指数据机房中的IT系统、机械、照明和电气等能取得最大化的能源效率和最小化的环境影响。

总的来说，我们可以从建筑节能、运营管理、能源效率等方面来衡量一个数据中心是否为“绿色”。

绿色数据中心的“绿色”具体体现在整体的设计规划以及机房空调、UPS、服务器等IT设备、管理软件应用上，要具备节能环保、高可靠可用性和合理性。

在国际上有一个通行的指标来衡量数据中心的电力使用效率——PUE（PowerUsageEffectiveness），PUE=数据中心总耗能/IT设备耗能。

国外先进的机房PUE值可以达到1.7，而我们国家的PUE平均值则在2.5以上，这意味着IT设备每耗一度电，就有多达1.5度的电被机房设施消耗掉了。

因此，通过降低机房设施能源消耗达到节能的效果既现实又有效。

  ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师协会）机房标准《TIA-942：

数据中心标准概述》描述了数据中心基础设施的要求，最简单的是一级数据中心，基本上就是一个根据基本准则安装计算机系统的机房。

最严格的是四级数据中心，其设计目的是托管关键计算机系统，具有完全冗余的子系统和独立的安全区域。

图表中而当前ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师协会）机房标准和现行中国标准比较。

无一例外的将可靠性放在第一位，甚至必须要安装双盘管。

冷冻水节能技术

　　未来看到的趋势的话，海外，尤其欧美，以及像海峡对岸台湾，他们的未来数据中心，都已经走到水冷，那么水冷不是一个新的科技，在20年前就已经非常普遍地使用了，那么水冷为什么回来呢，因为水冷的冷却的效果，最集中。

然后功能比较强的。

现在只要是大批量台套数的订单基本都是冷冻水机型。

佳力图在北京联通，杭州地区在大批量风冷机型中，很多风冷冷凝器因为装在一个平台上，实际效果并不好，热岛效应，夏天只能用水喷淋装置。

很多客户说，我怕机房漏水，目前的水冷相关的输水设备的话，几乎能够做到不会漏水。

当然还有机房和机房空调完全隔离技术，广州移动机房已在全面应用。

既然冷水机组是大势所趋，我主要介绍的是针对机房全年制冷所提出的自然冷却冷水机组，它的工作原理：

当室外温度较低时，就可以利用冷空气冷却高温回水，不需要开启压缩机即可为空调室内机提供冷量，这种方法即为自然冷却方法。

利用自然冷却效应开发的冷水主机即为自然冷却冷水主机，它与普通冷水主机最大的区别在于它在冷

凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管，旨在最先利用环境冷空气冷却盘管内的回水；另一个区别在于内部水循环系统的设计上，自然冷却循环利用三通调节阀将循环水路与自然冷却热交换盘管连接起来（如图所示）。

其实，自然冷却冷水主机的工作原理并不复杂：

当三通调节阀中旁通B完全关闭，A与C连通时，即自然冷却热交换盘管关闭，全部冷量由压缩机制冷提供；当室外温度低于回水温度时，A关闭，B与C连通，回水通过自然冷却热交换盘管预冷，然后再进入蒸发器，这样一来，压缩机只需部分工作就可以满足空调冷量的要求，从而节省了大部分能耗；而当室外温度足够低时，A关闭，B与C连通，通过自然冷却就可以完全满足空调冷量要求，压缩机停机，这时机组总能耗明显降低，只包含自然冷却系统的能耗，总之，室外温度越低，节能效果越明显。

如果采用自然冷却冷水机组比普通冷水机组每年大约节能20%～50%，具体效果如何会因安装地区的气候条件而不同

对于北方城市来说，四季分明，冬天温度相对比较低，所以不适宜使用水冷系列。

而自然冷却冷水主机加冷冻水机组与其他空调系统相比节能效果比较明显，耗电量明显减少。

由于北方一年当中大约有30%的时间温度小于10度，故自然冷却冷水机组加冷冻水机组可以比普通冷水主机加冷冻水机组节能30%，和其他空调系统相比耗电量也明显减少，节能效果显著。

   对于平均温度较高的南方城市，很难实现利用环境温度实现自然冷却功能，相比之下不推荐使用自然冷却冷水主机加冷冻水机组，从系统总投资上可以看出，水冷冷水主机加冷冻水机组的系统总投资最少。

在计算设备制冷总功率和耗电量时，直接蒸发式机组实际工作时由于室内环境变化会引起压缩机的频繁启动，必然引起耗电量增加。

而水冷冷水主机加冷冻水机组这样的情况没有直接蒸发式机组发生频繁，所以从能耗角度考虑直接蒸发式机组也没有水冷冷水主机加冷冻水机组系统要好。

经计算，水冷冷水主机加冷冻水机组系统较风冷直接蒸发式机组要节能可达到20%左右。

当然我不是推荐研发部门研发这样的冷水机组，主要是可以采用贴牌，和冷冻水机组捆绑销售，

到达一定规模后，再进行生产，从销售成本和研发成本都可以降低很多。

图上是开利公司产品，我们竞争对手RC和梅兰已推出类似产品。

冷热通道完全隔离技术

著名的硬件制造商和数据中心运营者Sun微系统公司估计每提升一度进气温度能够节省大约4%能耗成本。

而当前ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师协会）推荐的热度范围18到27摄氏度之间。

为了实现效能，一些有影响的终端用户在较高温度下运行数据中心并且建议其同行效仿。

但是这个过程并未像在家中提升恒温器那么简单，以下是一些冷热通道完全隔离技术关键的论点和想法。

服务器前部必须要保持25摄氏度以下才能稳定工作，传统精密空调想要保持这个温度，必须在空调出风口必须达到14~15摄氏度才能保证，这是由于冷热气流混合的原因造成的，其远端制冷的效率更低。

但是利用冷热通道完全隔离技术的技术送风口达到20~25摄氏度即可，回风温度超过29摄氏度，这样盘管完全处于干工况，不需要除湿后再加湿重复耗能行为。

传统的冷热通道分开的做法虽然被大多数IDC设计者采纳,但冷热风的短路和混合现象依然严重。

送风流量的短路率可以达到30-40%；由于短路,造成了以下两个结果：

精密空调的制冷量因为送风短路，在送风温度相同的情况不得不提高30%，造成用户一次投资巨大浪费,同时运行费用居高不下。

出现了“大马拉小车”的现象且非常普遍,在中、高密度机房中尤为明显。

由于短路,风机风量有必要加大用以补充短路部分风量（主机加大的同时,风机风量已经加大）,而机房空调送风机是最大的耗电部件之一,因为其24小时不停机运行,实施耗电量并不亚于压缩机。

特别提示机房空调为带压送风系统,回风为负压回风。

机房中出现的短路现象均为送风侧向回风侧短路。

因此,空气遏制系统应该采用送风侧遏制，即冷通道遏制！

（传统冷热通道的气流图）

现在流行的做法是冷热通道完全隔离技术在机柜没装设备的地方装上盲板，防止冷空气从空隙中流过，从而让冷空气只能通过服务器等IT设备，这样可大大提高制冷效率。

根据美国一个数据中心改造的案例，通过对气流组织以及空调系统的改造，可以使机房PUE值从2.5降低到2.0左右，其效果不可谓不大。

这样做出风温度可以做到23摄氏度！

（冷热通道完全隔离的气流图）

因为这样新理念的出现可以衍生出很多利润增长点，比如机房改造项目中，可以做一些边缘产品配合改造项目，通道封闭门、通道封闭顶板等，还可以做背面回风，正面出风的空调

通道封闭门

通道封闭顶板

实际效果图

静电除尘地板进行地板式送风

目前，IDC（数据中心）呈现了新的特点。

为了更加节省IDC的土建费用，或是用户的楼宇租赁费用，大型化，高密度化的IDC越来越普及。

但是高密度化服务器机房的散热问题也越来越不容易解决。

出现的主要问题是：

1.由于服务器机柜散热量并不均匀，出现大量局部热点；

2.高密度服务器的广泛应用使局部热点问题更加突出，局部热点温度过高；

3.由于机房空调布置问题，出现远端局部热点和边角部分局部热点；

其中,第三点并非只存在于高密度机房,在中密度甚至低密度机房也经常出现,例如，传统的程控交换机房，因空调摆放于机房一侧，出现远端局部热点；

这些问题，无法用增加机房空调制冷量的办法解决,原因如下：

1.受到场地限制,不能任意增加机房空调台数（或冷量）；

2.受到场地限制,不能任意增加地板高度。

但地板高度是保证送风流量的先决条件;

3.孔板送风地板的通风率最大不超过40%,即风量最大不超过1300m/h.块,无法满足要求;

4.增加机房空调的费用巨大，功耗巨大，效率低下;

5.机房空调是均匀送风方式,无法针对不同冷量需求的机柜区别对待；

我们可以从机架前部的气流分布着手，加强后部热空气的排出。

典型产品如ADU（气流分配单元）。

  传统的地板下配风的气流组织方式，已经无法解决高密度机柜的制冷需求。

随着IT技术的发展，机柜功率越来越大，需要的配风风量也相应的增加。

由于地板下配风存在两个瓶颈：

地板下送风截面积和地板的出风口的有效出风面积。

故此为了解决地板下出风口的截面积

瓶颈，目前地板铺高越来越高，普遍需要600mm以上。

但是地板出风口的面积已经达到了极限，因为过孔率不可能达到100%，而增加每台机柜拥有的地板出风量必须增加机房面积。

所以，地板下配风的气流组织方式，目前只能满足每机柜5kw以下的功率密度要求。

送风量是普通地板出风口的3倍，安装直接代替原风口地板即可，有效避免机房服务器过热宕机现象的产生，当然我们可以在上面做点文章，比如加上自动风阀，根据服务器背后的温度调整出风量等。

机柜发热超过5kw以上的功率密度要求，就可以利用静电地板下装调速风扇进行局部加大冷空

气的输出，最大可以解决15kw热负荷

地板送风结构组成

*高效风机

*标准地板尺寸600x600mm

*承重300kg

*最大风量5000m/h.块

*单向/双向手,自动可调角度百叶风口（damper）

*服务器机柜出风口温度联动

使用特点

*标准地板尺寸，可以任意放置；

*使用灵活，可以针对改造项目和新增加的服务器单独设置；

*在冷通道上使用，减少冷通道尺寸，增加机柜有效占地面积；

*与空气遏制系统共同使用，将高密度区域的送风面积压缩到最小，节约IDC机房建设面积；节约业主投资；

*提高机房送风准确度，提高送风效率，能效节约显著；

*模块化组合,合金框架结构,美观大方；

*无需对原有机柜进行任何改装,灵活方便,适合于新建和改建项目；

*配备压力、温度传感器、显示器，同时配备高流量地板和高流量风口；

*高流量风口为金属承重风口,通风率超过70%；

*配备烟感报警，消防喷口接入点；配备照明灯具安装位置；系统介绍

*送风采用地板下送方式,配合高流量地板及高流量风口；

*送风效率为100%,短路率为0%；

*机房空调的选型完全根据服务器冷量选配,无需30%放大；

*采用EC风机的机组,与遏制房间内的温度控制系统联动,可

*以根据服务器逐步到位情况，从0-100%调节风量及风压。

使用ADU加强送冷，并同时将若干高密度机柜布置成为热通道或冷通道封闭系统，与ADU加强送冷组成高密度区，这是解决高密度机组最佳方案

2、嵌入式机柜冷却系统

计算机及网络技术的普及，小型机刀片服务器的应用日益广泛,数据中心的机柜发热量也越来越巨大。

传统机房空调是上世纪60年代出现的技术,解决了当时程控交换机房的散热问题，冷量密度大约为300kcal/m。

该技术已经无法满足现代数据中心的需求。

突出表现为：

*机房空调采用全区域制冷降温,才能保证服务器或其它电子设备的正常使用,需要机组作大量无用功,机房制冷效率低下,电费居高不下,用户不堪重负；

*无法达到绿色数据中心的PUE值标准,IDC成为社会所诟病的高能耗产业；

*冷量密度过低,需要配备大量设备,用户一次投资过大；

*由于机房空调采用全区域降温方式,即使大量增加机组,仍然无法满足中,高密度机柜的制冷需求,出现大量局部热点；

*几乎在所有机房,包括低密度的通讯交换机房,都会出现远端（远离机房空调一侧）热点问题；

为解决以上问题,嵌入式机柜冷却系统应运而生。

在欧美的国的现代数据中心,已经大量应用,达到良好冷却效果,而且大量节约运营成本。

嵌入式机柜冷却系统的核心原理

冷却单元尽可能的紧靠发热设备（服务器等）,做到送风效率最高；

回风温度接近服务器出风温度,系统效率高于机房空调，整机效率提高30%；

结构组成

尺寸：

宽度300mm和600mm两种；

*冷却量：

20kw和40kw两种；

*露点温度控制技术,无冷凝水；

*高效EC风机,全变速可调；

*冷媒载冷剂技术,无任何水患危险；

*与压缩机制冷系统通过中间换热器进行热交换,机柜侧独立运行,安全高效；

*高效媒体泵；

*制冷一侧可采用自然冷却主机,节约能源；

该方案属于机柜级送冷的范畴，它最大的缺陷是制冷设备没法备份，由于制冷末端靠近机柜，管道内的流体（比如水，或者氟利昂）如果发生泄漏，对机柜运行的安全性将造成很大的困扰，而且最可怕的是一台泄露，房间内所有制冷机柜都不能正常运行，泄露点还不宜查找，但这是对于机柜发热超过15kw唯一解决方案，值得商榷。

当然推动绿色数据这些相关的产品推广，说到底还是必须要依靠人，关键是服务人员和销售人员的理念要改变，要把传统的“设备”推广提升到“技术”推广，再由技术带动市场销售，研发部门一定会做好这个枢纽，这样公司才能走向机房专用空调市场发展的前列，