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调整机房空调容量大小提高数据中心能源效率

发表日期:2018/9/10 11:29:25 来源:中国制冷与空调网 评论 总点击量:

调整机房空调(CRAC)容量大小不像选择一台冰箱那样简单,容量大不一定就好。正确的大小是高效运行的关键,其能源效率比选择合适的UPS会更好,但受影响的因素太多。

如果机房空调容量大小不合适可能会导致制冷遇到麻烦,错误或不恰当的位置可能使情况变得更糟。空调容量太小不能有效制冷,但也不能太大,太多会造成过度制冷,不过谢天谢地,许多机房空调都可以调整负载范围,但也有一些还做不到。

要保持机器和室内温度、湿度比较困难,但温度波动会影响计算机硬件的稳定性和寿命,因此必须尽力保证温度和湿度的稳定。

采用制冷压缩机的机房空调系统可以通过多步设计实现,一个20吨、4步单元的空调可以产生5吨制冷量,当热量上升到10、15、20吨负载时,水冷单元(CRAH)可以调整水流以满足负载,但制冷量通常会下降大约20%。早期的空调系统只是向房间中经冰块吹入空气,24小时就会溶化掉2000磅冰块,制冷量却只有1吨,单位采用的是英热单位(BTU)/小时,因此1吨制冷量相当于1200BTU/小时。

如今我们都是用千瓦(kW)来表示制冷量,1吨制冷量可以冷却3.5kW热量,因此一台20吨制冷量的机房空调可以冷却70kW左右的热量。如果我们知道数据中心的功率负载,就可以选择一个合适的容量,余量不要超出20%,同时,如果需要增加容量,对于水冷或多步设计可能需要增大50%,但注意有太多不同的容量可供选择,我们应该使用哪一个呢?我们必须了解更多的信息。

空调要处理两类热量,一种是显示热量,即我们可以感受得到的热量,通常我们的计算机发出的热量就属这种,另一种是隐式热量,通常是水分蒸发产生的。简单说来,处理水份和湿度需要空调更多的隐式容量,这需要从显示容量中扣除。

数据中心相对湿度一般不会大于45%,但如果过度制冷将会导致空气中的水份消失,因此不得不使用更多的能源重新加湿。问题是,相对湿度是“相对的”湿度,相同湿度的热空气比冷空气的相对湿度更低,因为它相对冷空气而言可以含有更多的水蒸气。此外,数据中心的温度相差很大,相对湿度依赖于测量的位置,这就是为什么我们想摆脱它的缘故了,但相对湿度目前仍然是确定湿度的常用方法。

大部分空调是通过返回空气温度进行控制的,信不信由你,返回越热的空气将使空调提供更真实的制冷量,因此,如果你计划在负载很重的房间降低温度,实际上消除的热量可能更少,房间的温度反而可能会上升,你也将浪费更多的电力。下面的表格显示了湿度水平和返回的空气温度如何从相同的22吨水冷空调获得更高的性能。注意在高温下,相对湿度必须保持低于下面湿度的最大值。

 返回温度

 72F

 72F

 75F

 75F

 80F

 85F

90F 

95F 

 相对湿度

 50%

 45%

 50%

 45%

 50%

 32.3%

 27.7%

 23.6%

 制冷量kW

 60

 61.1

 69.6

 70.8

 86.4

 101.7

 118.8

 135.6

如果使用导管或天花板热空气会回流到空调中,通过防止与冷空气混合,可以保持返回的温度在80℉或更高,从同一台机器可以获得更多的实际制冷量,在任何返回温度情况下都可以保持湿度更低。

此外,空调既要制冷又要使空气流动,冰箱也可以制冷,但打开冰箱门却不能给房间制冷,空气流动可以将设备散发的热量带走,热空气主要流向 CRAC,就象夏天吹来的一阵微风,那是不是空气越多越好呢?不一定!如果地板比较低,太多的空气流经空调意味着空调需要更快的运转速度,这就意味着压力就会降低,从空调流出的空气通过穿孔板可以降低8~10英尺,但这样浪费了空气和能源,也降低了制冷效果,太多的空气也可能扰乱地板下的空气,使地板下的压力不均匀,进一步降低了制冷效果,如果CRAC相互成直角放置情况会更糟,压力太高也不好,它会使CRAC风扇加速运行,浪费更多的能源。

目前已可以自动调节风扇速度,自动适应气流的变化,自动调节由房间的感应器控制,这样可以节省大量的能源。

因此第一步是要弄清楚我们的真实负载,在本文前半部分已经移到,第二步是看你是否可以让更高温度的空气返回到CRAC,第三步是确定冷空气的温度,美国采暖,制冷与空调工程师协会(ASHRAE)技术委员会9.9最近提高了温度范围,因此不要过度冷却设备,第四步是设置你的湿度标准,ASHRAE TC 9.9推荐监控露点,但可能现有的CRAC还不支持,这样你还是得控制相对湿度,因此,如果可能,采购空调时应考虑可以调节负载的设备,同时应选择一个合适的容量,第一天运营保持在中等水平即可,这将提供最佳的稳定性和控制性。

另外的三个问题:重热,加湿和水温。如果你不止三或四台CRAC,没有必要在每个单元上都放置加湿器,湿气是可以快速扩散的,在每个空调上都放置加湿器可能会起反作用。

重热已经是多年的老问题,它是最浪费能源的一点,在许多情况下可以设计为不出现或使用最小的重热,但需要设计人员经验丰富才能提供合适的设计方案。

如果使用水冷机房空调处理器,需要有经验的工程师参与,制冷级别依赖于进入的水温和水温的上升情况,虽然水冷提高了能源效率,但却降低了CRAH的制冷量。

热源制冷已经超出了本文的范围。最佳的制冷方案是消耗的能源要少,本身需要的制冷量也要最小,这是另一个大的主题。

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