使用自然冷却系统正在成为趋势,特别是在对新建数据中心。直接或间接地使用ICT设备无论是从理性上还是在财政上无疑都具有吸引力

但是这种来自室外的空气真的是免费吗?不一定。自然冷却系统一方面增加系统运行的复杂性,一方面提高设备运维费用。如果这种复杂性不能被很好的管理或识别,会提高自然冷却能耗成本以及运营风险。

密切注意气候

气候是最明显的可变因素。气候炎热的时候自然冷却能力就会下降,需提高室内温度,或将自然冷却与传统制冷相结合,确保室内温度保持数据中心温度规定范围内。

多操作模式是另一个复杂的因素。比如,在 Facebook的Prineville(普赖恩维尔,美国地名)数据中心自然冷却系统使用八种不同的模式,(可应用于不同的气候条件),对来自外部的空气进行优化,适用于不同气候条件下的蒸发冷却。使用通过压缩冷却增加的直接外部空气的自由冷却系统具有至少三种不同的操作模式。

维护也变得更加复杂。自然冷却增加与室外空气直接接触的移动机械部件(例如,空气阻尼器和制动器)的数量。室外空气具有腐蚀性,可能导致阻尼器和制动器被卡住,或者不能提供冷却,又或者导致系统无法引入室外空气。具有蒸发制冷的自然冷却系统增加对于冷却水维护,这种维护需要进行化学处理和定期冲洗。

在数据中心温度升高时,自然冷却系统的复杂性能够显著降低温度,并并带来节能效果。

高故障率

自然冷却系统的高故障率在能源效率、建筑技术文献里都有记载。一篇由Kristen Heinemeier在2014年美国节能经济委员会关于建筑节能的研究报告中发表的撰写的题为《 Free Cooling, At What Cost》是一篇较为实用的文章。

Heinemeier对节能装置(直接自然冷却)进行调研,了解故障的发生率以及带来的影响。她发现尽管节约装置是一项很好的节能技术,但是它们在实践中的表现并不理想。比如,仅在加利福尼亚州,在接受调研的设施中,外部空气阻尼器有30%-40%的时间是不使用的。她表示:“这种类型的故障意味着节能装置并不节能,同时,外部外部空气也没有进入室内。其他研究发现,在加利福尼亚的数据中心在RTU(远程测控终端)上设定的温度最高值是不正确的,导致能够在使用自然冷却内的时间缩短。”

最近参观两个国家的不同跨国公司的五个数据中心,发现这些数据中心使用制冷设备来自三家不同的制造商。

通过参观的几十台自然冷却单元中,发现几乎所有的制冷单元存在容量不足、配置缺陷或者设备不工作的问题。具体问题包括控制器配置、传感器故障、安装故障、机械故障。

案例:

1、某一数据中心,室外温度低,空气阻尼器关闭的,制冷单元只对室内气流进行循环。这是由于DX(直接膨胀)压缩机非必要的运行,导致运营成本高昂。运营商知道应该运行自然冷却系统,但并不知道为什么没有运行。自从大约一年前,安装自然冷却单元以来,该设施就一直在运行。经调研表明,控制器配置不正确,配置错误的控制逻辑阻止了自由冷却操作。

2、某一数据中心,发现控制系统正在运行,将室外空气引入室内。然而,由特定制冷单元排出的气流并不像预期的温度那么低。对制冷单元的检查显示,外部阻尼器和回风阻尼器都是关闭的。外部空气阻尼器上的阻尼器执行器夹具已经掉下或被移除,使得阻尼器完全处在关闭位置。通过对传感器网络的数据进行分析,确定问题。该部门的情况显示,外部空气阻尼器和回风阻尼器关闭。外部空气阻尼器上的阻尼器执行器夹具已经掉下或被移除,使得阻尼器卡在完全关闭位置。通过分析来自冷却优化传感器网络的数据来确定这个问题。

3、某一数据中心,可以看到控制系统、阻尼器同时运行,产生冷空气,只是不是很多。测量穿过外墙的室外进风口的温度。从户外进风管道,需由法兰连接。还有一个数据中心,采用相同的自然冷却设备,外部通风管道直接进入室内,没有使用法兰。法兰安装使制冷单元通过空心墙结构吸入空气,使自然冷却容量降低40%.这一问题也通过分析传感器网络数据得到确认。

(备注:法兰连接就是把两个管道、管件或器材,先各自固定在一个法兰盘上,然后在两个法兰盘之间加上法兰垫,最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来的一种可拆卸的接头。)

值得注意的是,虽然每种情况下自然冷却系统都存在问题,但是这些问题都是可以解决的,同时,并不需要过多花费。更重要的是,运营商并不是总能意识到他们的自然冷却系统已经受影响,意识不到,自然就不会解决问题。由于缺乏预见性,导致造成的额外的成本支出以及潜在的过热风险之外,这些设施将花费大量金钱去寻求一种解决方案,但事实上,他们现有设备就能满足目前运行需求。

监控制冷系统

因为自然冷却系统工作时是高效的,因此,要能做到自然冷却系统实现安全运行和,并享受到因此带来的优势,需要通过可视化监控系统降低风险发生几率。在加利福尼亚州,动态监测,分析和诊断结合视觉检查将揭示问题,并有助于确保在复杂的冷却基础设施中持续和正确地运行自然冷却。 在运行关闭这一类的重要任务中,使用远程监控和分析结合智能报警是确保可靠运行自由冷却的唯一方法。

随着自然冷却成为制冷任务关键设施的标准手段,考虑其增加的风险和复杂性至关重要。通过对冷却系统进行监控并与智能分析和控制层相结合,是确保数据中心冷却系统安全运行最有效的方式。

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