施耐德：数据中心高效制冷：紧靠热源的行级制冷解决方案

数据中心高效制冷：

紧靠热源的行级制冷解决方案

第137号白皮书

版本 1

作者 John Bean, ASHRAE学会成员 Kevin Dunlap, ASHRAE学会成员

本篇白皮书最初发表于美国采暖制冷与空调学会（ASHRAE）期刊，2008年10月

施耐德电气旗下

精华导读

简介

本篇白皮书最初发表于美国采暖制冷与空调学会（ASHRAE）期刊，2008年10月。本白皮书将收录发表于ASHRAE期刊的英文原件，在英文原件之前提供的中文精华导读以方便中文读者阅读。

从数据中心诞生开始，其制冷架构一直广泛采用房间级机房空调或机房空气处理装置与高架地板下送风的组合。这种方式是指将机房空调置于机房的周边，冷风经过高架地板下的风道，再穿过地板砖上的穿孔或栅格进入机房。在功率密度较低（每机柜1-5 kW）的情况下，这种方式可以为IT设备提供充足的制冷，尽管这时在机房范围内冷风和热风发生混合。另一种相似的机房制冷方案是中央空气处理装置，这种系统使用容量更大的中央制冷装置，同样采用高架地板或吊顶风管送风。这两种制冷架构都属于房间级制冷系统架构的范畴。然而随着单台机柜功率密度的不断升高，传统房间级制冷系统正面临来自高热负荷密度，制冷系统能效和总拥有成本等方面的挑战。其本身的结构决定其无法有效地满足未来需求的发展。

本文介绍紧靠热源的行级制冷解决方案能够有效地应对传统制冷系统架构所面临的来自高热负荷密度，制冷系统能效和总拥有成本等方面的挑战。文中还比较行级制冷相对于传统房间级制冷与创新的优势所在，并通过对制冷系统建模分析对能效和成本方面的收益进行量化。

传统制冷系统面临的挑战

当机柜密度超过每台5 kW且功率密度仍在不断增长时，采用房间级制冷系统配送冷风和排出废热所面临的挑战就越发明显。

1. 传统的房间级制冷架构最受人诟病的弱点就是送风距离。制冷装置和产生热负荷的设备之

间的长距离使得用于冷却IT设备的冷风和IT设备排除的废热很难不发生混合。这就会导致“过热点”的出现和送回风系统设计过于复杂。

2. 冷却IT设备所需要的风量也随着功率密度的升高而增大。房间级制冷架构送风和回风经

过距离很长的风道（高架地板或吊顶），其用于保持压力和抵消阻力所消耗的风机功耗是非常巨大的。

3. IT设备所需的净冷量是由其所产生的热负荷决定的，但是由于冷风和废热发生混合而损

失的冷量，为了补偿这部分损失的冷量又会增加压缩机和风机的负载。造成设备容量的过度规划和能耗进一步升高，带来设备投资和能源成本的增加。

什么是紧靠热源的行级制冷解决方案？

为了应对房间级制冷系统配送冷风和排出废热方面所面临的挑战，紧靠热源的行级制冷架构设计方案应运而生。为了解决制冷设备与产生热负荷的热源距离过远的问题，行级制冷架构将空调单元置于机柜行列之内。作为冷热通道布局设计的一部分，冷风由机柜前部进入，冷却IT设备之后成为废热排入机柜后部的热通道。废热随后被吸入行级空调进行冷却，然后再由风机送至机柜前部的冷通道（见图1）。

紧靠热源的行级空调与冷热通道的机柜布局方式非常契合，通过独有的控制逻辑能够最大限度地保持机房内环境温湿度的稳定性，而且其出众的灵活性使其容量与IT负载接近完美的匹配，减少过度规划造成浪费。此外，融入机柜行的摆放方式可以将冷风和废热混合减至最低，提高冷量的使用率，即实际用于冷却IT设备的冷量与总冷量之比。

图1

行级制冷架构，从机柜后部热通道吸入热风，冷却后将冷风送至前部冷通道

紧靠热源的行级制冷解决方案的优势

与传统的房间级空调相比，紧靠热源的行级制冷解决方案主要有以下几个优势：

缩短空调送风和回风路径 —将机房空调安装在机柜行列间将会缩短送风和回风的路径使制冷设备仅靠热源。这种方案采用更合理的方式收集废热和配送冷风，供回风过程中由于路径缩短导致风阻减少和保持压力的要求降低，可以大幅降低风机的功耗。这种与生俱来系统架构优势是房间级制冷系统所不具备的，可以带来能效方面的收益。而且在配合变频调速风机使用时，房间级空调为了保持高架地板下的静压和冷风配送的均匀性，风机多数时间维持在定速运行。使用变频调速风机节能的初衷无法实现。而行级空调靠风量来维持静压和均匀性的要求低，变频调速风机节能的效果更加明显。

减少冷风与热风混合 — 由于送风路径的减少，冷热风混合的几率也就变小，这主要会有以下两个方面的节约能源和成本效果：

首先，当废热被更好、更快的捕获，冷热风混合就会减少，这样就可以设定较高的机房空

调送风温度。送风温度与机柜前的进风温度更为接近，因此避免为了补偿由于冷热风混和所损失的冷量而设定较低的机房空调送风温度。因此压缩机需要提供的冷量也会降低，达到节能的效果。

其次，冷热风混合减少，所需要配送的冷风风量也会减少。由于风机的风量与转速的一次

方成正比，风压与转速的二次方成正比，而功率与转速的三次方成正比， …… 此处隐藏：16826字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……