自2002年以来,业界一直有这样的讨论:高密数据中心将取代低密数据中心。该理论认为为提供更高密度能节省费用,当然节省费用的同时同时也会给制冷系统带来潜在的故障风险。现在,在业界,公认每个机柜的功率负载在10kW或以上,就是高密(机柜)。

功率密度也可以通过每平方英尺消耗的能源来测量,这也是为什么许多高功率密度的数据中心被建立原因。随着机柜密度不断增加,数据中心工程商和他们的设计师必须提出更高效的制冷解决方案以抵消能耗。

传统的数据中心设计无法满足这些高密数据中心的制冷需求,这导致了诸如CRAC单元等冷却解决方案的发展;水冷机架、水冷背板以及气流通道遏制结构。遗憾的是,如果只是单纯的增加基础设施与CRAC(制冷量大的精密空调)仍然不足以满足数据中心的制冷需求。

变频CRAC在运行时,如果负载降低,能耗会增加。持续运行CRAC是目前最传统、最有效率的一种制冷方式。遗憾的是,通过CRAC制冷的冷却系统是不独立的,能耗高,何况为满足制冷需求,需同时运行几套CRAC系统,如此运营成本更高。水冷背板以及气流遏制通道结构是目前最流行和高效的冷却解决方案,不会会消耗过多的能源。

对气流组织进行有效的管理是一个成功的解决方案,既可以防止数据中心过热,同时能降低一定的运营费用。水冷背板采用液体制冷技术来进行冷热气流的交换。后门制冷单元闭环系统内的冷水可以抵消由高密机架产生的热量。

通过运用在低温下使用冷冻水或冷却水的方法,能提高制冷效率。这么做是为了保证显冷量,并能从而弥补除湿。这种系统,最好在设计中心初期设计时,不设计高架活动地板,电缆敷设不采用下走线的方式被认为最适合水冷背板的运用。

通道遏制结构是一种预制系统,将独立式装置中的通道遏制设计的所有部件结合在一起。

由于气流通道遏制系统能够提高机柜进风最低温度,因此,冷/热通道气流遏制系统都有助于提高数据中心传统制冷系统效率。

由于风扇转速较低,冷冻水温度升高以及自然冷却的使用,温度较高的数据中心可以节省更多的能源。与后门制冷单元的热冷气流的交换不同,热(冷)通道遏制结构使冷热气流的混合量降到最低。这一特点反过来可以增加制冷基础设施的容量和效率。

(备注:free cooling: 自然冷却(1)直接自然冷却,就是通过旁通系统将冷却水与冷冻水系统连通,直接把冷却塔和末端设备连接。当室外湿球温度低于冷冻水供水温度约为5℃时,即可切换到此方式运行。由于此方法直接把冷却水系统和冷冻水系统连通,清洁的冷冻水管路容易被冷却水污染,易造成管道腐蚀、盘管堵塞,因此很难在开式冷却塔系统中实现,一般适用于闭式冷却塔系统。

(2)间接自然冷却,即在系统中增加一个板式换热器与冷凝器并联,当室外湿球温度低于冷冻水供水温度约为5℃时,从冷冻机切换到热交换器。由于间接自然冷却利用板式换热器将冷冻水与冷却水系统隔离开来,不会对冷冻水管路造成污染,因此开、闭式冷却塔均适用。目前,在工程中较多采用此种方法。)

自然冷却是用于高功率密度数据中心的另一个系统。一个温度为华氏86度(30摄氏度)的数据中心可以通过外部空气来实现制冷,如果数据中心的空气温度保持在华氏77度(25摄氏度)以下,则不需要额外的机械制冷。这种方法的缺点是,灰尘能随着外部空气进入数据中心。

利用Kyoto wheel(滚动式热交换器)作为过滤器更好的改善这个问题。它由一个通过两部分空间旋转的金属轮组成。 当冷空气通过第二部分进入时,中心的热空气流过一个空间。 当热空气流过一个空间时,热量传递到车轮的金属中,然后空气流回数据中心,而外部空气则从金属吸收热量。

高密数据中心制冷系统

(备注: Kyotocooling: 公司成立于2006年,是数据中心行业的间接冷却解决方案的最有经验的供应商。公司在阿默斯福特、荷兰设有办事处;达拉斯、德克萨斯;约翰内斯堡、南非和天津,中国在北美洲和澳大利亚建立了授权代理。

Kyoto wheel:滚动式热交换器,包含98%的开放铝媒介,像长笛那样将空气流从一边传输到另一边。当外部温度低于数据中心的进风温度要求时,KyotoCooling利用外部空气作为数据中心的散热源。热量随着轮子旋转传输到外部空气。传输的效率非常高。隔离措施(冷热通道或烟囱式柜子)都得到完全支持,该系统也可以用于传统非隔离的设计。)

封闭冷通道的目的是在于保证冷空气尽可能从机柜正面进入服务器内,热风通过回风通道回到精密空调。它包括安装通道天花板、通道两端封闭门或高架直立式墙系统,这些都可以使冷风被重定向到服务器的进风口并且防止热风再循环。冷通道遏制也是高效节能的。

冷通道遏制结构能够保证IT设备在额定状态下运行。冷通道遏制结构通过建立可以消除热点,从而提高运营效率。因此,整个数据中心将拥有更多的可用空间。

热通道是围绕着通道内服务器机柜热气排放,它的作用与冷通道一样,就是防止冷热气流的混合,但是,热通道面对着空调回风管道,热气流随着回风管道回到空调,再从送风口送出。

这么做,需要为热回风提供一个方法达到空调回风温度设定值。在某些情况下,热回风温度达到最高值,可以使制冷量增加一倍。热通道遏制能使CRAC单元制冷能力提高一倍,从而降低成本提高效率。

随着数据中心行业数字需求爆发性增长,高密数据中心将会越来越受欢迎,越来越普及。目前数据中心运营管理人员要负责降低能耗提高效率。拥有一个高功率密度数据中心能够改善性能与产量,建立高效的冷却系统也降低能耗支出。

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