艾默生：构建高能效的机房制冷系统
2009-08-27 通信产业网
当前，数据机房的建设规模越来越大，所消耗的能源越来越多，选择高能效的机房设备和解决方案，已经成为各行各业的关注的重点。而在机房当中，制冷设备消耗的能源占到了总能耗的近一半，因此，选择节能空调和高能效的制冷解决方案，是打造节能机房的重要环节之一。
在各行业的机房建设当中，从节能方面来讲，在制冷方面存在的问题主要分为两大方面：第一，很多机房仍然在应用舒适空调，因此导致了底效率和高能耗；第二，对于采用机房专用空调的机房来说，因为制冷方案不科学、不到位，从而产生了高能耗。
对于第一个方面的问题，建议采用适当功率范围和冷却方式的机房专用空调，合理地将部分专业机房中原有的舒适空调改造成机房专用空调以保障节能。对于第二个问题，由于空调节能是一个系统工程，不但要考虑空调的选型和设计，还要进行系统分析，综合考虑机房以及专用空调系统的建设、改造、维护等各个方面。下面将介绍在机房当中占有率在95%以上的风冷方式的空调系统节能方案，以及在设备选择过程中需要关注的重点。
送风方式与节能
下送风方式
日前，某省运营商就上下送风方式对机房的节能性进行了比较分析，并得出下送风节能性优于上送风的结论。国外IDC等机房流行的建设模式，即为下送风、上走线，也就是说，防静电地板的敷设完全是考虑空调送风需要，线缆敷设全部为走线架上走线。
在国内很多机房，由于应用过程中地板下的信号电缆不断增加，导致地板下送风不畅，送风气流组织不合理，甚至出现风短路等严重问题。要避免此类问题的发生，需要在建设初期以及运行阶段注意两个问题：一是保障合理的地板高度。目前很多新建机房已经将地板高度由传统的300mm调整到400mm甚至1000mm，加上合理的风量、风压配置以及下走线方式，可以保证制冷系统的效率。二是制定合理的走线规则。很多机房都是一边运行一边建设，如果提前根据送风需求制定合理的走线规则，就可以避免问题发生。
在下送风方式的机房内，同样需要注意机柜的摆放方式。美国通信产业协会的《数据中心的通信基础设施标准》要求，机房需要留有合理的冷通道和热通道（如上图所示），并要求机柜应为面对面、背对背的排列方式，以保障合理的气流组织，这些标准有利于机房节能。
上送风方式
上送风方式又分为上送风风道送风和上送风风帽送风两种方式。这两种方式都需要注意保障回风通畅，比如保障合理的回风距离(前回风口与设备之间的距离)，以确保气流组织合理，避免气流不足导致的耗能。
对于上送风风道送风方式而言，需要保障前期的风道设计合理，不仅要根据空调的风量和风压设计合理的风道、风阀、出风口等，还必须考虑机房设备的放置情况，根据设备的位置和散热特点进行风道设计，确保机房温度均匀，避免因“热岛效应”导致回风温度无法代表机房普遍温度，从而被动降低设定温度，导致能耗提高。上送风风帽送风方式一般应用在上走线布线方式的通信机房或计算机机房，需要注意的问题是避免走线架以及走线阻碍送风，其原理和问题与下送风空调类似。
工程设计与节能
室内外机距离问题
风冷空调属于直接膨胀式制冷系统，它是依靠室内的压缩机提供动力，使空调系统内的冷媒在室内外机往复循环，达到制冷的目的。由于冷媒循环在室内外机之间进行，所以其室外机安装位置就受到一些条件的限制。如果设计不当，室内外机距离超过一定限度，就会造成系统效率和制冷量下降，能耗上升。因此，在工程设计中需要注意两点：第一，尽量将室内外机组之间的距离设计得足够小；第二，对于室内外机组距离较远的工程，应充分考虑工程细节，以最大限度地保障回油正常，保证系统效率。
冷凝器位置问题
在很多案例中，为了减少因搭建冷凝器平台(阳台)等土建工作量，在工程设计中直接将冷凝器放在楼顶平台上。这样做使冷凝器位置充分，土建工作量小，扩容方便，维护空间大。但这种设计又存在明显的缺点，增加了冷凝器的散热负荷。因为冷凝器直接暴露在阳光下，其做功除了带走空调系统需要的散除热量之外，还需要抵消因日照产生的热量。所以从节能的角度考虑，冷凝器应设计在避免日照的位置上。
此外，在冷凝器的位置设计方面，还要确保气流组织的合理性。风冷冷凝器需要与空气进行直接有效的热交换，因此就需要合理的气流组织。这一方面要求冷凝器在与建筑的安装距离和与其他冷凝器的安装距离方面设计符合要求，满足了距离要求，才能实现合理的气流组织；如果达不到要求，就会增加冷凝器负荷。另一方面，还要考虑冷凝器所在位置的合理性。如果冷凝器与建筑的间隔距离是合理的，但其四周全部是较高的墙壁，这样其散除的热量就没有办法快速扩散到大气中，结果不但导致能耗提高，还使系统在夏季频繁出现高压保护，这显然是不合理的。
节能空调的选择
节能空调选择原则
当前，各种节能空调技术五花八门，而节能效果也参差不一，因此在应用时须慎重选择。在选择过程中应当遵循以下原则：绝对不能盲目追求空调的节能特性，而降低机房运行的安全性，机房安全运行是第一位的；选择有成熟应用并在实践中节能效果显著的新技术和新产品。
比如，艾默生网络能源针对机房热密度不断增加而推出的LiebertXD高热度解决方案(LiebertXDHeatDen-sityCoolingSolutions)就是高效、节能制冷解决方案的一个典范。该解决方案具有灵活的安装方式，根据不同配置可以解决单个机架高达8～30KW的散热问题，并可根据机房的实际需要进行扩容。在能耗方面，LiebertXD系统利用制冷剂相变吸收大量机房显热的原理和独特的制冷剂控制技术，100%的显冷量输出，既可防止产生冷凝水，又可避免潜冷量输出而产生的能量损耗；另一方面，XD系统的末端前置，贴近负载机架，可大大减少送风所消耗的能量，与传统空调远距离送风相比可使风机能耗降低65%，整机节能30%，节能效果显著。作为解决高热密度机房问题的最佳选择，该解决方案已经为众多企业所采用。
节能空调的指标
以艾默生LiebertPEX空调在节能方面的设计为例，节能空调通常包括以下几个指标：能耗管理；高能效压缩机；大面积蒸发器以及快速除湿；高效低维护量的远红外加湿器；冷凝器风机无级调速。
首先，艾默生的LiebertPEX空调采用了iCOM控制器，可以根据现场情况，将各模块联动与群控，同一区域可以将32套机组以Teamwork方式统一协调，管理能耗，不仅能够根据机房内热负荷的变化自动控制机组中空调机的运行数量，而且可以避免同一机房内多台空调机同时运行在相反的状态，从而达到节能的目的。在某些大型机房，与无群控能耗管理功能的空调群组比较，机房全年节能率可达到20%。
其次，艾默生的LiebertPEX系列机组采用业内最高能效比的谷轮涡旋式压缩机，能效比高达4.0左右，节能效果明显。第三，LiebertPEX系列空调采用“V型”蒸发器盘管，以及带内螺纹的铜管和冲缝型翅片，比采用传统式盘管的机组有更高的传热效率。配有专门除湿电磁阀，当除湿时只用双面蒸发器的其中一面，电磁阀保证只用其2/3面积进行除湿，达到了快速和节能的除湿效果，避免了过度除湿从而增加再热设计，达到节能目的。另外，针对中国大部分地区水的电导率偏高的问题，LiebertPEX空调采用远红外加湿器显示出明显的节能优势。最后，LiebertPEX机组室外冷凝器可以根据室外温度变化无极调节室外风机转速，充分节约室外风机耗能并充分延长室外风机使用寿命。