今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道01目標和概述
傳統(tǒng)數據中心存在局部熱點難以消除、傳熱效率低、制冷系統(tǒng)能耗大等缺點，帶來了大量的溫室氣體排放，消耗了大量的水資源。隨著云計算、大數據、5G等新興技術的落地，數據中心流量急劇增長，IDC的發(fā)展從服務器機房向大型超大規(guī)模部署演進。然而，我國已建成運行的數據中心能耗普遍較高，年耗電量約占全社會用電量的2%。因此，發(fā)展綠色數據中心，努力實現(xiàn)能源效率最大化和環(huán)境影響最小化迫在眉睫。
建設綠色數據中心是構建新一代信息基礎設施的重要任務，是保障資源環(huán)境可持續(xù)的基本要求。如何提供更高效的資源使用效率和高質量的算力，“全新風自然冷卻模塊”是安瑞可給出的解決方案。
“全新風自然冷卻模塊”聚焦綠色節(jié)能技術，采用新風+蒸發(fā)制冷模式，直接將室外溫度適宜的冷空氣引入室內，使得室外冷風與室內熱風進行換熱從而帶走數據中心的熱量，降低其溫度。冷熱氣流雙遏制，出色的制冷效率可使全年平均PUE降至1.1以下，不僅可以節(jié)省電能成本、建筑成本和水系統(tǒng)成本，也提升了環(huán)境效益。
02解決方案介紹
2.1 系統(tǒng)架構
（1）進風閥
通過PLC控制的高可靠性電動閥門，在外界空氣溫濕度及空氣質量符合進風要求時，開啟進風閥，直接引入外部自然冷源給模塊降溫。
（2）過濾器
G2級別的初效過濾器，可以濾除空氣中的粉塵等雜質，F(xiàn)8級別的中效過濾器，則可以有效過濾空氣中的化學污染物，有效保護IT設備，免受硫化物和氮氧化物的侵蝕。過濾器前后的壓差傳感器，則可以對過濾器的更換做出預警。
（3）蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)
模塊配置4級蒸發(fā)冷卻裝置，當純新風無法滿足制冷需求時，自動根據需要開啟適當級別的濕膜加濕器，在保證設備運行濕度的前提下，通過水的蒸發(fā)帶走多余熱量。
（4）風機
12個EC風機，每小時最高可產生117600立方米的風量，用最小的能耗，把滿負荷運行時產生的350kW熱量迅速持續(xù)的帶出模塊。
（5）混風閥
當外界空氣濕度升高超過限定時，可打開混風閥，將排出的熱空氣與外界空氣混合，以降低濕度。
（6）機柜
既可以使用完整的52U 19英寸IT機柜，保留傳統(tǒng)機房的觀感，也可以直接使用更簡單的開放式機架，在模塊的層級來管理設備。
（7）排風閥
需要時可以完全關閉排風閥，隔絕模塊內外的空氣。
（8）配電系統(tǒng)
模塊支持2N配電，通過兩端的配電柜，將關鍵電力，輸出到母線，繼而分配到各個機柜。機柜后部配置兩個智能PDU（可選開關型），實現(xiàn)對用電的精細化管理。
2.2 直接新風加蒸發(fā)制冷技術介紹
直接新風，是指直接把機房設計成開放式環(huán)境，利用外界環(huán)境空氣帶走熱量，這是解決服務器熱量的全新方式。
外界的環(huán)境溫度都是不固定的，所以在一些特殊環(huán)境溫濕度情況下，采用新風加蒸發(fā)制冷的方式進行降溫或者增濕。
當然這個也不是一個簡單的新風，自然風進入機房將熱量帶出的同時也需要考慮外界環(huán)境的溫度與濕度。在溫度過高或過低、濕度過高或過低的情況下如何在不同環(huán)境的工況下能保障不結露，并保障服務器在廠商提供的允許工作工況下進行工作。
此技術根據外界環(huán)境和負載情況有三種工作情況：
（1） 新風模式（如圖1所示）
外界環(huán)境空氣的溫濕度在允許范圍內，不需要做任何控制，外界環(huán)境空氣進風服務器直接把熱帶走，熱直接排入外界環(huán)境中。如果是模塊放室內，需要把熱排到室外。
外界溫度過高，使用蒸發(fā)制冷降溫，使溫度降到允許范圍內，同時濕度升高但也在允許范圍內。
外界濕度過低，使用蒸發(fā)制冷加濕，但溫度減低的同時也可以控制在允許范圍內。
（2）混風模式（如圖2所示）
利用熱回風做升溫
利用熱回風做除濕
（3）純內循環(huán)模式（如圖3所示）
外界溫度比較冷，并且負載不大的情況下，所有進風、排風閥關閉。全部內循環(huán)模式。
另外，此三種模式具有以下特點：
均可添加輔助機械制冷（水冷和DX），在一些特定工況下，可以單獨使用機械制冷；
均使用冷熱通道全部封閉模式，有很好的氣流管理模式，并且氣密性非常好；
全國大部分地區(qū)可以50%以上時間可以使用新風模式，PUE可以做到1.15左右。
數據中心直接新風制冷技術是國內全新的一種技術，利用綠色的自然風帶走服務器的熱量，同時可以根據不同地帶的氣候條件通過利用蒸發(fā)制冷或者機械制冷來控制服務器進風端的溫濕度。
該技術經過兩年多測試，在一些項目的應用效果表現(xiàn)優(yōu)良，希望以后能在更多的數據中心和IT機房應用，為邊緣計算解決方案的發(fā)展貢獻一份力量。
03代表性及推廣價值
（1）應用情況
“全新風自然冷卻模塊”目前已應用的案例：蒙大拿大學（美國）、ABC聯(lián)邦大學（巴西圣保羅）、歐洲核子研究組織（芬蘭卡亞尼）、GIGA數據中心（美國夏洛特）、法國氣象局。模塊化數據中心獲得了Tier ReadyⅢ認證。
（2）經濟效益
傳統(tǒng)數據中心的PUE通常在1.6左右，全新風自然冷卻模塊利用直接新風+蒸發(fā)冷卻技術，可將PUE降至1.1以下。對于1kW的有效IT負載，總耗電量可以從1.6kW降至1.1kW，非IT耗電從0.6kW降至0.1kW，大幅降低了電能消耗。通過減少80%的能源損耗，降低碳排放。
（3）商業(yè)價值
工廠預制化出貨，現(xiàn)場只需簡單組裝即可投入使用，有效縮短數據中心建設周期，簡化數據中心運維，提升工程質量，相對于傳統(tǒng)數據中心可節(jié)省約30%運營成本。模塊化設計，可根據實際需求增減模塊，可擴展性強。單機柜可實現(xiàn)5kW~35kW，釋放更多算力，可將100kW的電用到IT負載上，相比傳統(tǒng)產品的電能利用率可提高40%以上。
摘自《自動化博覽》2019年增刊《邊緣計算2019專輯》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號