数据中心的冷却系统

发布日期：2012-7-27

数据中心热交换系统冷源（制冷系统）和热源（IT发热系统）总称都是冷却系统。通过对机房环境、机柜等存在热区来看，目前数据中心冷却系统基本还是采用传统精密空调等冷却系统。精密空调（大风量、小焓差）已在计算机房热交换系统运行了近40年。如今计算机房已进入数据处理、传输网络化的机房，机柜式服务器向超高密度发展，超级小型机等也都进入机柜，因此，机房热交换系统不在是单一的、传统的下进风热交换系统。热交换气流由下进、机柜前进、侧进等多种运行方式，由于服务器是垂直叠加式安装，要求机柜上、中、下温度场均匀、稳定，才能使机柜获得水平层流式的进行热交换。

由于IT设备结构、热交换路径变了，而传统的精密空调运行结构基本没有变。所以，传统数据中心冷却热交换系统不仅热交换效率低于88%，系统运行耗能大还难于解决系统存在的环境热区、机柜热死区。至今，对于机房存在热区还是给人的假象是制冷系统容量不足，从而在增加冷源上做文章。实践证明，一些数据中心增加了空调的配置，然而，系统的热区并没有得到很好的解决。

数据中心热交换系统不仅仅是冷源问题，冷源是基本的配置，而对空调机气流运行的配置往往重视不够。因为，热交换的核心是冷风气流的流量问题，也就是说，冷却系统冷量充足，不等于IT微环境能够获得高效率的热交换。尤其是高热机柜显热不能得到很好的热交换，而造成系统环境热区、机柜热死区，它是传统机房普遍存在的问题，也是笔者走访数据中心常见到的问题。

传统数据中心冷却系统存在的问题

(1)机房区域化分隔

图1中传统机房沿袭分隔区域化布局和现代数据中心开放式布局。区域化布局系统存在着扩容不方便，空调气流循环热交换系统阻力大，各个区域温湿度场不均匀等弊病，而开放式布局不仅空间利用率高，便于系统空间扩容，而且，便于冷却系统规划，提高冷却系统制冷和热交换效率。



(2)空调机布局

图2a数据中心空调机安放位置不合理，也是最常见的问题。由于空调机输出气流与机柜垂直，还造成空调正向气流与侧向对撞等，致使输出气流动压阻力增加、射流动压损耗加大，同时气流在静压室内形成涡流，从而气流流速受阻，最终导致机柜热交换风量不足。



数据中心面积≥500m2，空调机输出气流（>15m），由于空调数量4～6台，对于这样的数据中心空调机可以相对安装如图2b所示，它是现代数据中心冷、热通道式布局，克服图1a中空调输出气流遇阻和地板下气流乱流的问题。冷热通道，地板下冷风气流进入冷通道（机柜面对面布局），冷风气流从机柜前部直接进入机柜，机柜后部热风进入机柜背靠背的热通道，由热通道直接回到空调机的回风口。冷热通道由于冷、热气流路径捷径、系统运行气流阻减小，同时避免了冷、热气流混流。所以，冷热通道热交换不仅布局合理，而且冷却系统显热交换效率高达95%。

对于图2b安装方式有人提出地板下气流会造成不对称的问题，笔者认为地板下对吹气流平衡是相对的，一侧两台工作、另一侧一台或两台工作都可以，所以，地板下气流运行不存在对称不对称问题。因为，地板下静压室空间是等压的问题，只要输出气流不产生近距离相对摩擦碰撞（如正向与侧向气流顶撞如图2a所示）。所以，空调机两侧安装数量对称是相对的，系统冷量匹配、机组故障等运行状态不对称是绝对的，不影响静压室气流运行流量受阻的问题；

(3)空调机冷量配置

数据中心运行存在热区，认为是系统冷量不足问题，所以，选配空调机时往往只重视冷量问题，希望单体空调冷量偏大（60～70kW）。对于数据中心热交换存在热区，而造成热区不仅仅是冷却容量问题，是热交换系统存在着潜在的阻力问题（静压室空间偏小，如地板基本高度<350mm，线缆槽架偏高>150mm，静压室漏风>10%等），顶部回风空间气流受阻（顶棚距主梁下距离<200mm，线缆、消防管道布局杂乱不规则等），所以，机房出现热区是空调系统运行气流受阻问题造成的。

中小型（500m2）以下数据中心，不宜选择单台大容量的制冷系统。假设一个中小型数据中心系统总热量180kW，我们对选择50kW四用一备、还是选择70kW三用一备的系统运行情况比较一下：精密空调机，制冷量是动态按需求投入运行的，而风量是高可靠离心风机大风量基本是满负荷投入运行的，风机不工作，精密空调将停止运行。对于系统制冷量（属于中小型数据中心），压缩机运行数量匹配问题会造成压缩机频繁启动，同时风机运行数量是三台，比中容量压缩机少一组风机运行。

所以，选择中容量压缩机（50kW双压缩机、双风机），热交换系统风量冗余运行占有优势：热交换系统可获得充足的风量进行高效率显热交换，不仅系统温、湿度场运行稳定，而且制冷效率高达95%，节省电能显著。相反，对系统靠冷却风量带走热量的热交换系统，尤其是显热交换效率将<90%。所以，精密空调热交换系统风量是主体，制冷量是动态的附体，在一定的热负荷下，冷风气流流向、流速、流量（克服系统阻力）是解决热交换系统存在热区的基本要求。现代精密空调系统比传统精密空调机风机交流调频、直流调压，可获得风量、风压无级调整，尤其是高余压占有热交换系统气流运行克服系统阻力的优势，是中小型数据中心适宜选用的精密的高可用性品牌。

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华为UPS2000-G系列(15-20kVA)规格参数

容量	15kVA/13.5kW	20kVA/18kW
型号	UPS2000-G-15KRTL	UPS2000-G-20KRTL
输入
输入输出制式	单相输入单相输出/三相输入单相输出/三相输入三相输出
额定输入电压	L-N: 220/230/240Vac
输入电压范围	L-N: 80-280Vac
输入频率范围	40-70Hz
电池电压	±(192-240)Vdc
输出
输出电压	L-N: 220/230/240Vac
输出频率	同步状态，跟踪旁路输入(正常模式)，50/60±0.1Hz(电池模式)
输出波形	正弦波，THDv＜2%
输出形式	OT接线端子排
系统效率	高达95%
过载能力	125%负载5min后转旁路；150%负载1min后转旁路
环境
工作温度	0℃-40℃
储存温度	-40℃-70℃
相对湿度	0%-95%（无冷凝）
工作海拔高度	1000m
噪音	＜58dB
其他
高×宽×深(mm)	130×430×685
重量	32kg
通讯功能	RS485、USB、SNMP、干接点等
认证	CB、CE、泰尔认证、CQC节能认证、ECA认证

产品配置

主机

蓄电池

选配件