據(jù)施耐德電氣公司最新的研究發(fā)現(xiàn)，企業(yè)提升數(shù)據(jù)中心操作運(yùn)營(yíng)環(huán)境的溫度可以有助于降低數(shù)據(jù)中心的PUE值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高達(dá)64%的能源節(jié)省。

　　企業(yè)數(shù)據(jù)中心想要提升能源效率，就需要其數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)人員和操作運(yùn)營(yíng)管理人員們持續(xù)的關(guān)注這一領(lǐng)域，以期望能夠降低成本，并提高投資回報(bào)率(ROI)。當(dāng)前的企業(yè)數(shù)據(jù)中心提升能源效率有很多驅(qū)動(dòng)因素，其中包括對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注以及提升企業(yè)的社會(huì)聲譽(yù)和影響力，以及遵守企業(yè)所屬的行業(yè)及政府的相關(guān)監(jiān)管部門現(xiàn)有和預(yù)期的行業(yè)準(zhǔn)則和法律規(guī)定，但其實(shí)這一切最終都可以歸結(jié)為企業(yè)控制成本的長(zhǎng)期需求。而減少數(shù)據(jù)中心能源方面的費(fèi)用開(kāi)銷從來(lái)就是一項(xiàng)不錯(cuò)的理念。

　　除了數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備之外，冷卻系統(tǒng)可以說(shuō)是任何數(shù)據(jù)中心在能源消耗方面的最大頭了。通常，計(jì)算機(jī)服務(wù)器機(jī)房空間的工作溫度是由冷水盤管維持，通過(guò)該冷卻水盤管來(lái)自數(shù)據(jù)中心建筑外部的冷卻器循環(huán)的提供冷卻水。盤管從白空間移除熱量，并將被加熱過(guò)的水返回到冷卻器，在重復(fù)循環(huán)到計(jì)算機(jī)服務(wù)器機(jī)房進(jìn)行冷卻之前，冷卻器再次對(duì)這些熱水冷卻，并通過(guò)一款干燥冷卻器。

　　對(duì)于任何數(shù)據(jù)中心而言，冷卻器本身都是能源的主要消耗大戶，其能耗通常占到整個(gè)制冷過(guò)程所需能量的65%至80%。通常，包括一款冷卻塔或干燥冷卻器所組成的冷卻排熱機(jī)械裝置所需的耗電要少得多。如果條件允許，并且干式冷卻器的運(yùn)行足以維持最佳操作環(huán)境溫度的話，則可以采用節(jié)能器模式。在這種節(jié)能器模式下，冷卻器完全繞過(guò)干燥冷卻器以進(jìn)行一些冷卻過(guò)程的循環(huán)。當(dāng)然，有鑒于考慮到由此所帶來(lái)的節(jié)能效果，許多的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商們會(huì)嘗試最大限度地提高“免費(fèi)自然冷卻”方案的采用量，或者盡可能的使冷水機(jī)組可以在節(jié)能模式下運(yùn)行。

　　確保能源效率的一種方法便是通過(guò)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使冷凍水(CHW)的溫度升高到傳統(tǒng)上適用于空調(diào)系統(tǒng)的7℃以上。如果可以在不損害數(shù)據(jù)中心核心IT設(shè)備的安全運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)更高的CHW溫度，則可以在冷卻器運(yùn)行時(shí)僅僅只需要更少的工作量便可以實(shí)現(xiàn)成本的降低，從而增加對(duì)于免費(fèi)自然冷卻方案采用的小時(shí)數(shù)。

　　采用更高的CHW溫度對(duì)整個(gè)制冷設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以研究出如何有效降低運(yùn)營(yíng)成本的方法，這將主要?dú)w功于更長(zhǎng)的冷卻時(shí)間和更少的制冷機(jī)負(fù)荷。但是，這必須通過(guò)在整個(gè)冷卻機(jī)組使用壽命周期中的其他地方增加的資本支出(CAPEX)來(lái)抵消。盡管如此，對(duì)于那些正在尋求降低能源成本的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商們而言，這無(wú)疑為他們提供了更多的備選方案，而最佳的解決方案將取決于企業(yè)數(shù)據(jù)中心的具體情況，數(shù)據(jù)中心的具體地址位置，以及所在地的主要?dú)夂驐l件等關(guān)鍵因素。

　　在溫帶氣候條件下最大限度地提高能源效率

　　我們不妨考慮一下在溫帶氣候條件下的數(shù)據(jù)中心冷卻的情況。例如，一處位于德國(guó)法蘭克福的數(shù)據(jù)中心擁有一套典型的冷卻系統(tǒng)，包括一個(gè)外部冷卻器和干燥冷卻器，水從數(shù)據(jù)中心泵送到數(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷卻盤管。在采用節(jié)能器的模式下，當(dāng)外部的空氣條件達(dá)到規(guī)定的設(shè)定點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí)，干冷卻器是唯一用于冷卻CHW的元件，因?yàn)槔鋮s器本身被旁路。

　　我們假設(shè)IT操作運(yùn)營(yíng)空間中的空氣入口溫度應(yīng)保持在23℃的恒定范圍內(nèi)，這足以使IT設(shè)備保持有效的運(yùn)行。如果允許CHW能夠以7到17℃的范圍內(nèi)​​實(shí)現(xiàn)增量上升，那么采用節(jié)能模式的時(shí)間將更長(zhǎng)，能源效率也將得到提高，進(jìn)而會(huì)使得冷卻器所消耗的能量穩(wěn)步下降。

　　但是，當(dāng)CHW溫度高于15℃時(shí)，必須在IT空間內(nèi)部署額外的計(jì)算機(jī)房空氣處理(CRAH)單元，以維持所需的23℃入口空氣溫度。顯然，這會(huì)涉及資本支出的增加，但有助于減少能源消耗。如果增加更多的CRAH裝置，它們的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以降低，這也節(jié)省了能源成本——即：運(yùn)營(yíng)成本——盡管會(huì)因此帶來(lái)額外的資金支出。

　　根據(jù)施耐德電氣公司最近在位于法蘭克福的一處數(shù)據(jù)中心所進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CHW從7℃這一基線溫度開(kāi)始計(jì)算總能量需求時(shí)，隨著CHW以穩(wěn)定增量的增加，當(dāng)CHW達(dá)到17℃時(shí)，與基線溫度時(shí)的能耗相比，實(shí)現(xiàn)了39%的能源節(jié)省。

　　如果要將CHW增加到更高的溫度，則需要對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的修改。雖然增添額外的CRAH裝置可以補(bǔ)償由于CHW溫度升高所導(dǎo)致的冷卻效果降低，但一旦CHW達(dá)到20℃，就有必要重新設(shè)計(jì)CRAH中的冷卻盤管。這當(dāng)然需要進(jìn)一步的花費(fèi)資本支出，但在本文所介紹的位于法蘭克福的數(shù)據(jù)中心的案例中，當(dāng)允許CHW升至21℃時(shí)，使用改進(jìn)的冷卻盤管則能夠?qū)⒖傮w的能源節(jié)省達(dá)到50%以上。

　　絕熱冷卻器的使用案例分析

　　通過(guò)部署額外的絕熱冷卻，以提高設(shè)備效率，帶來(lái)更有效的控制方法和更高效的液壓結(jié)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能源效率的進(jìn)一步的提升。

　　絕熱冷卻是讓空氣通過(guò)水滴的自然物理過(guò)程。從空氣到水的傳熱導(dǎo)致水分蒸發(fā)，進(jìn)而使得空氣溫度下降。這被稱為等焓過(guò)程(constant enthalpy process)，因?yàn)榭諝庵械目偰芰坎粫?huì)改變。

　　水進(jìn)入冷凝器的空氣流，并蒸發(fā)到氣流中，從而降低空氣溫度。通過(guò)這種方式降低冷凝器的溫度，可以有助于降低冷水機(jī)組的能耗，并增加節(jié)約器的使用時(shí)長(zhǎng)。只要有充足的水源，絕熱冷卻通常可用于溫暖的干燥氣候條件。對(duì)于法蘭克福數(shù)據(jù)中心的案例，增加絕熱冷卻比基線水平提高了6%的節(jié)能效果。

　　數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商們?nèi)栽谶M(jìn)一步的開(kāi)發(fā)其電源和散熱產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)能源效率的最大化。而數(shù)據(jù)中心冷卻領(lǐng)域中的示例或最新進(jìn)展包括用于現(xiàn)有冷卻器的變頻驅(qū)動(dòng)器和CRAH中的變速風(fēng)扇。通過(guò)選擇和部署這種節(jié)能設(shè)備，可以使得數(shù)據(jù)中心的操作運(yùn)營(yíng)人員們進(jìn)一步的提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的整體效率。

　　通常，數(shù)據(jù)中心的冷卻裝置是由數(shù)據(jù)中心的操作運(yùn)營(yíng)人員以獨(dú)立、分散的方式手動(dòng)控制的，手動(dòng)操作的人員根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)冷凍水設(shè)定點(diǎn)，并打開(kāi)和關(guān)閉冷卻器。但是，借助集中式的系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)管理(DCIM)軟件則可以大大提高冷卻設(shè)備對(duì)變化條件的準(zhǔn)確性和響應(yīng)能力，從而相應(yīng)地進(jìn)一步提高能效。

　　結(jié)論

　　為評(píng)估使用更高的CHW溫度所能帶來(lái)的總體成本的節(jié)省，施耐德電氣公司的數(shù)據(jù)中心科學(xué)中心專門研究了兩處不同數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況，這兩處不同的數(shù)據(jù)中心均采用了類似的制冷架構(gòu)，但卻分別位于兩個(gè)截然不同的氣候條件的地區(qū)。第一處是上文中提到的位于德國(guó)法蘭克福的數(shù)據(jù)中心，而另一處則是位于美國(guó)佛羅里達(dá)州的邁阿密;后者通常被人們認(rèn)為是屬于熱帶季風(fēng)氣候的地區(qū)。

　　通過(guò)實(shí)現(xiàn)更高的CHW溫度，位于法蘭克福的數(shù)據(jù)中心較之采用傳統(tǒng)的冷卻方法的數(shù)據(jù)中心總節(jié)能高達(dá)61%。當(dāng)添加絕熱冷卻時(shí)，實(shí)現(xiàn)了比基線節(jié)能63%的改善。

　　在位于邁阿密的數(shù)據(jù)中心，隨著氣候變暖，提升CHW溫度較之基線水平增加了34%的能源節(jié)約。并且，當(dāng)增加絕熱冷卻時(shí)，使得能源節(jié)約較之基線水平增加了39%。

　　在每種情況下，資本支出增加了13%，主要用以安裝新的系統(tǒng)，包括額外的風(fēng)扇，這是為了實(shí)現(xiàn)更高的CHW溫度所需的。但由于能源消耗減少，三年來(lái)，所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心總體擁有成本(TCO)的改善在法蘭克福的數(shù)據(jù)中心為16%，而在邁阿密則為12%。

　　顯然，允許更高的CHW溫度可以產(chǎn)生長(zhǎng)期的成本和效率收益，只要向冷卻基礎(chǔ)設(shè)施投入足夠的資金，包括適應(yīng)這種溫度所需的復(fù)雜的管理和軟件系統(tǒng)。當(dāng)然，具體的節(jié)能結(jié)果將取決于冷卻系統(tǒng)的架構(gòu)和數(shù)據(jù)中心所處的具體氣候區(qū)域，但收回投資回報(bào)很快，并且有助于為提高能源效率建立了一整套合理的案例。