僅僅幾年前，數(shù)據(jù)中心白空間的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度約為22°C。但到了今天，正如美國(guó)采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(ASHRAE)所證實(shí)的，數(shù)據(jù)中心在服務(wù)器前面的運(yùn)行溫度達(dá)到24-27°C之間是非常正常的，他們擴(kuò)展了其數(shù)據(jù)中心操作溫度指南。數(shù)據(jù)中心的操作環(huán)境變得越來(lái)越熱，而數(shù)據(jù)中心的管理也隨之相應(yīng)地發(fā)展，以便能夠結(jié)合更多的功率和更高的溫度。
因此，根據(jù)ASHRAE指南，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)已經(jīng)普遍接受了其所推薦的更高的操作溫度的上限，在某些情況下甚至允許達(dá)到30-45°C的范圍，使得數(shù)據(jù)中心的管理人員和制造商們得以能夠創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)冷卻解決方案。他們最近所推出的最有效的解決方案之一便是絕熱和蒸發(fā)冷卻：一種被帶入21世紀(jì)的古老技術(shù)。
圖1、ASHRAE指南
在歐洲、中東和非洲地區(qū)(EMEA)使用自然冷卻技術(shù)
傳統(tǒng)的冷卻方法考慮開(kāi)放式通道架構(gòu)，借助回流空氣溫度以冷卻在22-26°C之間的單元，并為數(shù)據(jù)中心提供10-14°C之間的被視為標(biāo)準(zhǔn)的空氣溫度。通過(guò)使用智能空氣分配管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員和設(shè)施管理人員可以將冷卻水溫度從標(biāo)準(zhǔn)的7-12°C提高到20-26°C。而通過(guò)采用SmartAisle冷通道密封解決方案，服務(wù)器所需的精確冷卻和空氣流量需求得到了滿(mǎn)足，因此投資只需要瞄準(zhǔn)千瓦級(jí)的冷卻。
SmartAisle解決方案提高了空間效率，并為所有的IT設(shè)備提供了統(tǒng)一的和可預(yù)測(cè)的溫度，以便直接控制冷通道的溫度和濕度。
結(jié)合恰當(dāng)?shù)闹评錂C(jī)，如Liebert HPC 自然冷卻機(jī)組或Liebert AFC絕熱自然冷卻機(jī)組，其所帶來(lái)的益處更大：
· 更小的占地面積，更高的容量
· 由于每年長(zhǎng)時(shí)間的使用自然冷卻，帶來(lái)了顯著的能源節(jié)省
· 低噪音操作運(yùn)行
在本文中，我們將分別探討在EMEA地區(qū)的主要?dú)W洲城市采用具備和不具備絕熱、蒸發(fā)技術(shù)的自然冷卻技術(shù)所帶來(lái)的影響。
關(guān)于絕熱和蒸發(fā)冷卻技術(shù)的介紹
絕熱和蒸發(fā)冷卻如何發(fā)揮作用
絕熱/蒸發(fā)冷卻這一古老的方法可以追溯到羅馬帝國(guó)時(shí)代，絕熱/蒸發(fā)冷卻是通過(guò)降低空氣溫度，以便將空氣中的水份蒸發(fā)出來(lái)的過(guò)程。在2000多年前，該系統(tǒng)被用于通過(guò)將水噴射到空氣中或到地板上，來(lái)降低高溫房間里的溫度，隨著水份的蒸發(fā)，會(huì)對(duì)被水份噴射到的區(qū)域帶來(lái)冷卻效果。
今天，絕熱/蒸發(fā)冷卻方案采用了古代系統(tǒng)的原理，同時(shí)還具備21世紀(jì)在熱管理單元領(lǐng)域的新興技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
將絕熱冷卻應(yīng)用于自然冷卻機(jī)組的益處
今天，我們可以使用古老的絕熱冷卻的原理，來(lái)顯著降低數(shù)據(jù)中心能源消耗賬單。可能最有趣的一個(gè)應(yīng)用是其通過(guò)加濕進(jìn)入散熱系統(tǒng)(包括冷凝和自然冷卻)的空氣，帶來(lái)了自然冷卻機(jī)組效率的提高。通過(guò)濕墊，操作環(huán)境的空氣得到加濕和降溫，而不會(huì)產(chǎn)生任何額外的能源成本。這樣，空氣能夠以較低的溫度供應(yīng)給自然冷卻和冷凝管，從而分別實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)更高的自然冷卻容量和更高效的壓縮機(jī)的運(yùn)行。
借助一款滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的冷水機(jī)組，在采用該系統(tǒng)時(shí)，企業(yè)客戶(hù)每年可以預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)以下的節(jié)省：
· 較之自然冷卻冷水機(jī)，節(jié)省25-35%
· 較之標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)冷式制冷機(jī)，節(jié)省60-65%
在具有系統(tǒng)冗余和部分負(fù)載條件的情況下，其所帶來(lái)的能源節(jié)約可以更高。絕熱自然冷卻機(jī)組故而可以提供一個(gè)新的效率水平，讓數(shù)據(jù)中心管理人員大大降低管理費(fèi)用。
Liebert AFC ——市場(chǎng)上首款一體化絕熱自然冷卻機(jī)組
由于有了這些智能的應(yīng)用程序，新一代的數(shù)據(jù)中心將能夠在成本節(jié)省，可靠性和冷卻可用性方面提供無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，即使在最?lèi)毫拥沫h(huán)境溫度峰值環(huán)境條件下，將集成的絕熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入一款單一單元的自然冷卻機(jī)組也能夠保證100%的冷卻。在缺水的情況下也是如此，其中備用壓縮機(jī)將在需要時(shí)提供全部容量。這種單元的另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是其能夠復(fù)現(xiàn)現(xiàn)有的熱管理系統(tǒng)或現(xiàn)有的冷凍水型設(shè)計(jì)，而不需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。 重點(diǎn)需要注意的是，當(dāng)與地板安裝單元，如Liebert PCW和SmartAisle密封解決方案在一起使用時(shí)，Liebert AFC將達(dá)到峰值性能，從而實(shí)現(xiàn)卓越的自然冷卻和節(jié)能。到目前為止，最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)將選址優(yōu)選地確定在寒冷的氣候區(qū)域，以便利用寒冷的環(huán)境空氣，從而增加了自然冷卻的使用，進(jìn)而提高了年度效率。例如，在北歐，通過(guò)采用高效的自然冷卻系統(tǒng)(例如奧斯陸的冷凍水系統(tǒng)，在20°-15°C水溫范圍工作)可以實(shí)現(xiàn)最佳的機(jī)械功率使用效率(pPUE)值，在1.11-1.15的范圍內(nèi)。
在氣候溫暖的地區(qū)，如地中海地區(qū)，傳統(tǒng)上對(duì)于自然冷卻的使用非常有限，壓縮機(jī)涵蓋大多數(shù)的冷卻負(fù)荷。為此，數(shù)據(jù)中心管理人員通常認(rèn)為，較之標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)冷式冷卻器系統(tǒng)，自然冷卻系統(tǒng)的吸引力相對(duì)較低;標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)冷式冷卻器系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的pPUE值為1.2-1.3。
然而，最近的趨勢(shì)是，隨著冷凍水溫度以及數(shù)據(jù)中心空氣溫度的增加，自然冷卻變得越來(lái)越方便。
圖2、絕熱冷卻允許pPUE值低至1.1，即使是在EMEA以南的國(guó)家。
一款絕熱濕墊系統(tǒng)能夠?qū)⑦M(jìn)入自然冷卻盤(pán)管的空氣的溫度降低5-10℃(取決于天氣條件)，從而允許自然冷卻在甚至更高的環(huán)境溫度下操作。
此外，這是由于相當(dāng)大的絕熱自然冷卻容量能力幾乎覆蓋了全年的負(fù)荷，該系統(tǒng)為在部分負(fù)載下工作的數(shù)據(jù)中心提供了更大的好處;只有在數(shù)據(jù)中心負(fù)載和外部環(huán)境溫度同時(shí)出現(xiàn)峰值的情況下，壓縮機(jī)的冷卻備份才被調(diào)用：但是這種情況每年所發(fā)生的次數(shù)非常有限。
圖3、Liebert AFC絕熱墊
如果我們分別考慮到歐洲的不同的城市，如倫敦和馬德里，如圖4所示，顯而易見(jiàn)的是，在數(shù)據(jù)中心滿(mǎn)負(fù)載情況下，Liebert AFC可以在幾乎100%的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行混合模式(絕熱自然冷卻加備用壓縮機(jī))。更令人印象深刻的是，即使在諸如迪拜這樣平均環(huán)境溫度出了名的高的城市，混合模式在50%的時(shí)間也是活躍的。
圖4、如圖展示了Liebert AFC分別在倫敦、馬德里和迪拜的年度運(yùn)行模式，1兆瓦滿(mǎn)負(fù)荷的Tier 4數(shù)據(jù)中心(冷卻機(jī)組的負(fù)載為50%)——絕熱環(huán)境溫度> 8°C
當(dāng)我們檢查使用我們的Liebert AFC解決方案所帶來(lái)的機(jī)械功率的使用效率時(shí)，其所帶來(lái)的益處也是相當(dāng)顯著的。如果我們考慮一套傳統(tǒng)的解決方案，包括一款標(biāo)準(zhǔn)的冷凍水地板安裝單元和風(fēng)冷冷卻機(jī)組(單位效率在市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)水平)，那么，在倫敦獲得的pPUE為1.21，在迪拜為1.31。而如果我們考慮相同的數(shù)據(jù)中心要求，但使用Liebert PCW和Liebert AFC(結(jié)合使用26-20℃的設(shè)計(jì)冷凍水溫度和22℃的數(shù)據(jù)中心空氣供應(yīng))，在倫敦獲得的pPUE為1.06，在迪拜為1.18，二者較之使用傳統(tǒng)解決方案所獲得的pPUE值都明顯較低。
事實(shí)上，在這些單元中，對(duì)于水資源的消耗較之能源節(jié)約所實(shí)現(xiàn)的成本方面的節(jié)約的影響非常低。由于優(yōu)化的設(shè)計(jì)和先進(jìn)的控制邏輯，特別是對(duì)于這款新產(chǎn)品的構(gòu)思，使得這是可能的。通過(guò)電子控制預(yù)測(cè)計(jì)算水資源消耗和能源成本之間的平衡，實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化運(yùn)營(yíng)成本相結(jié)合。
圖5、如圖展示了不同城市的pPUE值。這些值考慮了由CRAC、泵和不同冷卻機(jī)組技術(shù)組成的冷凍水系統(tǒng)。
蒸發(fā)冷卻間接應(yīng)用于蒸發(fā)式自然冷卻裝置的優(yōu)點(diǎn)
Liebert EFC是艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司的間接蒸發(fā)自然冷卻單元，其是作為L(zhǎng)iebert AFC絕熱自然冷卻冷水機(jī)組的一個(gè)互補(bǔ)單元。均使用絕熱/蒸發(fā)冷卻技術(shù)，但前者還包括間接空氣熱交換。該款Liebert EFC 能夠利用蒸發(fā)冷卻的原理，通過(guò)加壓水來(lái)冷卻周?chē)目諝猓M(jìn)而降低空氣溫度。高效的蒸發(fā)系統(tǒng)在設(shè)備單元內(nèi)部噴淋水，加上熱交換器，來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻，即使在較高的環(huán)境空氣溫度下也不需要機(jī)械冷卻。
蒸發(fā)原理使用空氣吸收高壓下噴射出的水。水蒸發(fā)因此從空氣中帶走了熱量，并冷卻外部空氣溫度。外部空氣因此從干球溫度轉(zhuǎn)變到濕球溫度(圖6展示出了從35℃到20℃的轉(zhuǎn)變)。使用蒸發(fā)冷卻允許自然冷卻操作的最大化，并且將與壓縮機(jī)相關(guān)的冷卻減少到最小，從而進(jìn)一步優(yōu)化了操作運(yùn)營(yíng)成本。
圖6、空氣濕度圖
為了優(yōu)化整體系統(tǒng)效率，Liebert EFC單元設(shè)計(jì)為能夠根據(jù)外部環(huán)境自動(dòng)改變其操作模式。當(dāng)外部空氣足夠冷以供給自然冷卻時(shí)，設(shè)備將以干燥操作模式(冬季操作模式)工作。較高的環(huán)境溫度和外部濕度決定了設(shè)備單元容量和性能，因?yàn)檎舭l(fā)效應(yīng)與外部以吸收水的空氣容量直接相關(guān)。當(dāng)設(shè)備單元在溫度較高和相對(duì)濕度較低的環(huán)境(夏季操作模式)下工作運(yùn)行時(shí)，Liebert EFC將自動(dòng)調(diào)整到蒸發(fā)模式工作。在具有高濕度的氣候中，設(shè)備單元可能需要集成直接膨脹(DX)系統(tǒng)或安裝冷凍水(CW)盤(pán)管(DX / CW操作模式)。
圖7、Liebert EFC的操作模式
在遵守ASHRAE指南的同時(shí)，Liebert EFC設(shè)備單元不僅可以安裝在較冷的氣候環(huán)境中，而且還可以在較熱的環(huán)境中使用(如圖8所示，在伊斯坦布爾)，其中DX操作減少到最小值，并且僅在全年出現(xiàn)的極端溫度峰值時(shí)使用。這導(dǎo)致即使在滿(mǎn)載的情況下(在部分負(fù)載時(shí)達(dá)到最高可能的節(jié)省)，也能實(shí)現(xiàn)電力消耗的顯著減少。成本函數(shù)是嵌入在軟件的邏輯控制中的，優(yōu)化運(yùn)行成本(水和電)，并且能夠根據(jù)外部干球和熱負(fù)荷，選擇最便捷的工作模式(即，干濕比)。使用相同的邏輯，成本函數(shù)還將優(yōu)化可選的DX模式的使用。
圖8、LiebertEFC在不同城市的操作模式
Liebert EFC的主要區(qū)別之一是其最先進(jìn)的iCOMTM控制，其保證了在設(shè)備單元和團(tuán)隊(duì)水平上的水管理和能量?jī)?yōu)化。用戶(hù)友好的iCOM控制從不同單元的關(guān)鍵參數(shù)和操作模式(干、濕和DX / CW模式)收集信息，同時(shí)考慮到水和電費(fèi)成本。這允許控制器能夠預(yù)測(cè)性地計(jì)算和組合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行成本的優(yōu)化。Liebert EFC還通過(guò)其集成的控制邏輯提供了對(duì)于數(shù)據(jù)中心空氣的持續(xù)控制，確保露點(diǎn)溫度低于熱交換器表面的溫度，從而避免了在極端冬季運(yùn)行條件下(即溫度<-20°C)經(jīng)常發(fā)生的不必要的除濕。當(dāng)設(shè)備單元發(fā)生不必要的內(nèi)部除濕時(shí)，會(huì)發(fā)生這種情況，而這可能導(dǎo)致其超過(guò)ASHRAE建議的最低濕度水平。此外，SmartAisle的控制邏輯能夠根據(jù)特定的服務(wù)器需求來(lái)優(yōu)化內(nèi)部空氣量和溫度，并允許Liebert EFC精確匹配服務(wù)器的空氣流量需求，確保哪怕一瓦特的用于移動(dòng)或冷卻空氣的能源也不浪費(fèi)。
伴隨著這些無(wú)論是在服務(wù)器和熱管理技術(shù)方面的最先進(jìn)的技術(shù)的發(fā)展，今天企業(yè)也可以在溫暖的氣候條件下建立最有效的數(shù)據(jù)中心了，從而以領(lǐng)先的方式在全球范圍內(nèi)帶來(lái)能源消耗的大幅減少。
熱管理產(chǎn)品組合
隨著Liebert AFC絕熱自然冷卻機(jī)組和Liebert EFC間接蒸發(fā)冷卻裝置的退出，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司得以能夠?yàn)閺V大的企業(yè)客戶(hù)提供更好地滿(mǎn)足任何數(shù)據(jù)中心需求的解決方案(即最大限度地提高可用性，降低總體擁有成本，提高效率，降低安裝成本，單元模塊化或室外空間限制)的獨(dú)立的應(yīng)用：
· 直接膨脹制冷系統(tǒng)：從地板安裝到機(jī)架行單元，能夠在高回風(fēng)溫度下工作，適合工作時(shí)溫度會(huì)升高的IT設(shè)備;
· 冷凍水系統(tǒng)：高效的冷凍水地板安裝設(shè)備單元和自然冷卻機(jī)組，能夠在全年實(shí)現(xiàn)自然冷卻操作的最大化;
· 絕熱冷凍水系統(tǒng)：在一款單一的設(shè)備單元中結(jié)合了絕熱，自然冷卻和機(jī)械冷卻技術(shù);
· 間接蒸發(fā)自然冷卻：在一個(gè)操作空間內(nèi)的間接的空氣到空氣的熱交換和蒸發(fā)冷卻技術(shù)。
借助iCoMTM控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)效率最大化
艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司熱管理解決方案的最后一個(gè)顯著特點(diǎn)在于創(chuàng)新的iCOMTM控制，其利用了單個(gè)設(shè)備單元操作以及多個(gè)設(shè)備單元協(xié)同工作的功能(團(tuán)隊(duì)合作模式)。該特性對(duì)于在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中最大化能量效率是非常重要的。 除了在任何熱管理設(shè)備單元中均可提供團(tuán)隊(duì)合作操作模式，在LiebertAFC和Liebert EFC上，iCOM控制還通過(guò)收集來(lái)自不同設(shè)備單元的關(guān)鍵參數(shù)和操作模式的信息，同時(shí)考慮水費(fèi)和電費(fèi)，來(lái)進(jìn)行能耗和水資源消耗的管理。預(yù)測(cè)性地計(jì)算控制，然后實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作運(yùn)營(yíng)成本的組合。
在考慮到整個(gè)數(shù)據(jù)中心的情況時(shí)，包括室內(nèi)和室外的設(shè)備單元，該iCOM控制成為了在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)在交付效率的關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)因素。軟件邏輯被嵌入到控制中，保證了整個(gè)系統(tǒng)的完美協(xié)調(diào)，從而在整個(gè)數(shù)據(jù)中心水平帶來(lái)了杰出的節(jié)能效果。
關(guān)于艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司
艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司是艾默生公司的下屬子業(yè)務(wù)，是全球領(lǐng)先的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)和信息和通信技術(shù)系統(tǒng)生命周期服務(wù)供應(yīng)商。
借助其用于電源、熱和基礎(chǔ)設(shè)施管理的智能化的、快速部署的硬件和軟件解決方案組合的產(chǎn)品組合的擴(kuò)展，艾默生網(wǎng)絡(luò)公司得以能夠?yàn)閺V大的企業(yè)客戶(hù)提供高效，高可用性的網(wǎng)絡(luò)。
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