数据中心散热节能整体分析

　　散热管理和节能对数据中心有多重要？如果把数据中心制冷能源消耗节省一半或者把一个IT用电量一千千瓦(1MW)的数据中心节省一百九十万美元的空调电费(*注1)，对你的数据中心有着多大的影响?目前有着很多的解决方案可供选择。但是从不同厂商，设计公司所提供的技术方案有着很多不同的看法和方案，很多方案互相矛盾也误导了很多数据中心用户。

　　每个数据中心都有自己的特点，因而也没有什么可以完全套用于任何一个数据中心的技术方案。本篇文档主要讨论在数据中心制冷节能方面的一些基本原则和技术问题。在此基础上，每个不同的数据中心可以做出自己的节能方案。

　　PUE数据中心能源使用效率是目前全球通用的一个衡旦数据中心节能与否的标准。把数据中心总用电除以该数据中心IT设备的用电且即可得出PUE值。一个PUE为2.0的数据中心，如图一所示，IT设备每周lKW的电，我们需要另外lKW在运行该数据中心。从图中可以看出，我们可以提高IT硬件设备的用电效率来节能，但是空调制冷的用电虽占了运营能耗绝大部分。因此我们必须降低该部分的用电旦。通过改善数据中心的气流组织和改善空调冷送风的送风效率来节约该成本。

　　在制定节能计划中有着2个重要的原则

　　你必须对你的制冷和散热系统有个全面的了解和规划，并据此制定一个完整的，可持续的改进计划。全面的了解和规划应该从空调系统的散热器开始，其中包括服务器内的散热板，空调系统的水塔，以及在制冷系统中最重要的空调冷凝器系统。另外还必须对能耗部分做研究[如各种泵，风扇等等)SyskaHennessey公司(美国最著名的数据中心设计顾问公司)的ValiSorrel先生和TerryRogers先生的研究表明三分之二的制冷能耗在数据中心之外的空调的冷水机组(数据中心散热过程如图二所示)，所以必须对冷水机组的效率进行全面了解。另外，热交换过程也消耗能源，我们应减少不必要的热交换过程来节能。

　　数据中心的冗余要求为1一4层标准，所以你的节能改进计划也按此标准执行。

　　数据中心的冗余标准如下：

　　1、无任何冗余能力和无停机维修能力

　　2、有一定的冗余能力和停机维能力

　　3、并发性停机维修能力和冗余能力

　　4、并发性及其维持原有设计标准的停机维修能力和冗余能力

　　目前正在使用的散热方案有两种：匹配式制冷和隔离式制冷(密闭冷通道或垂直排风管系统)，我们在此对精确匹配式制冷做出研究。假设匹配式制冷系统和数据中心空调机都在使用可变风旦(VAV)风扇，并且机柜内冷送风和热回风被完全隔离的情况下，我们发觉空调机性能有所提高。但是这种假设有下面的不确定因素：

　　1、机房空调没有使用可变量(VAV)风扇的情况下，空调的制冷效率决定干空调机的数尺。随着每机柜的热密度大大提高，按照相识定律(*注2)得出，匹配式制冷系统的效率并不能显著提高。

　　2、匹配式制冷系统是传统数据中心热交换过程中额外的一个步骤。这个步骤加在数据中心冷却水循环和水冷机组冷却水循环之间的，因此提高送风温度并不能提高水冷机组的制冷效率和增加自然冷却的时间。

　　3、根据达西·魏斯巴赫理论，水管的长度和容积会降低水管内的压力，所以这些管道会大大影响数据中心内的空调机的制冷效率和减少自然冷却的时间。

　　4、当把冷送风和热回风彻底隔离之后，匹配式制冷系统能够提供相当干机房空调机在冷水节能器相同的自然冷却的时间。但是在空气节能器或热交换转轮节能器是不能有着相同的自然冷却时间。而这两种节能器都是目前世界上广泛被使用的节能器。

　　可持续的数据中心节能改进项目应从如下几点考量：

　　1、在等级1的数据中心中可以使用精确匹配式制冷系统，但必须使用可调节风旦风扇来满足服务器的热密度。但在等级2的数据中心应避免使用。比如在数据中心内，有些机柜的热负载为60%，有些为80%，而另外的为30%。这时，匹配式制冷系统的风量为(.603,.803and.303)，综合下来这些风扇的平均的效率只有25%左右。

　　2、在考虑并发性的冗余和无停机维修性时，我们需同时考虑空调机的制冷效率和冗余条件。比如在热负载为120吨的数据中心内，N十Z的冗余标准下我们配备6台30吨的空调机。相比之下，当我们只开其中4台空调机时，6台全开时的每台空调机只使用了67%的送风或30%的能源使用率。比起只开4台空调时的100%的使用率，全部6台空调全开时全部空调45%的送风效率或每台只用了30%的送风效率。按照相识定律，我们大大浪费了能源。

　　3、精确匹配式制冷系统将制冷系统和机柜紧密相连，我们不得不考虑它的冗余性能和维护性。我们必须安装一套独立的备用匹配式制冷系统或安装独立的机房空调系统以备不时之需。

　　4、当使用密闭冷通道等手段来制冷时，为了达到冗余的桔求，我们必须将机房空调机加在UPS上。这是我们需考虑UPS的可操作性和效率。

　　精确匹配式制冷和隔离冷送风/热回风一样有着节能的效果，可以减少冷风浪费现象并通过加大热回风的温度来提高空调机的制冷效率。在使用变频空调和可调节风量风扇时，我们可以利用相识原理来节省能源的使用。此外，我们需尽可能的使用自然冷却来获得最大的能源节省。精确匹配式制冷和隔离冷送风/热回风这两种方式都在使用冷水节能器时，获得巨大的节能效应。但是在使用空气节能器或热交换转轮时，隔离冷送风/热回风的方式则有着更大的优势。综上所述，节能与否取决于温差，管道的设计，冷却器和蒸发器的设计和流三等等因素决定，所以最终我们必须全面的考三一个有持续发展性的需求并且综合考呈每一个元素。

　　(*注1)节省电费计算按数据中心寿命15车，每小时电费为八美分，PUE从2.0降低为1.63

　　(*注2)相识定律也被称为风扇立方效应。冈扇的马力和冈店的转速(风量)成立方比率

　　马力2=(转速2/转速1)3X马力1

　　风扇的马力和风扇的分量成正比(线性关系)

　　风量2=(转速2/转速1)X风量1;

　　因此得出：80%转速=80%风量=51.2%能源消耗(.83)