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数据中心机房设备制冷要求为什么那么高,它们都离不开精密空调的保护

    近年来,科技巨头都忙着在全球部署自己的战略数据中心,腾讯计划在贵州的山洞里建设西部数据中心,而微软更厉害,打算在海底建设一个节能数据中心,微软把该数据中心部署在了苏格兰奥克尼群岛附近水域的海底,该项目的目的是为了研究利用可再生能源向沿海城市提供互联网服务。保持最佳工作温度对许多数据中心来说是一个挑战,当数据中心没有得到正确冷却时,IT设备可能会过热,过热可能会降低服务器性能或损坏硬件,因此,管理空气流量对性能,成本和能源效率有重大影响。希望可以利用海水冷却服务器达到天然降低能耗的目的。另外据调查,世界上有一半以上的人口生活在距离海岸约120英里以内的区域,将数据中心部署在沿海城市的附近水域可以极大地缩短数据与用户的距离,使AI驱动技术能够为人们营造更加流畅、真实的用户体验,满足人口密集区域对云计算基础设施的大量需求。

    无论在山洞或是在海底,机房的制冷设备要求是非常高的,因为都是非常精密的原件,通过普通的冷却空调是不够专业更安全的

一、当前数据中心冷却的变化
IT设备的关键性质以及支持其操作运营的独特环境,要求使得必须在数据中心站点,采用专用的精密冷却系统。而由于大多数数据中心,都是保持24×7 ×365全天候运行的,故而其温度和湿度条件,也必须确保全天候的稳定水平。
精密的系统专门用于冷却电子设备的。电子设备产生的是纯显热,既无湿度的热,并且需要连续的冷却。而一般性的以提供舒适为目的的空调,则不适用于处理这些类型的条件状况。
二、计算机产生热量,但不会产生湿度


   这就是为什么大约95%的精密冷却系统的能量和容量,均被设计为去除电子设备产生的干热的原因所在了。而一般性建筑的冷却制冷系统的设计目的,是为人们提供舒适的感受,故而只使用了约60% 的冷却能力来消除计算机产生的热量。另外,40% 的冷却能力,则用于去除通常在办公环境空间中所存在的水分,而这种需求在服务器机房或网络机房是不存在的。过多的降低湿度,可能会导致静电问题,甚至引发电子故障。
   服务器和其它IT设备通常被设计为,必须在保持一定温度和湿度范围内的环境条件下操作。超出这些条件范围可能会导致性能下降,并缩短设备的使用寿命。
因为精密冷却系统是被设计为连续操作运行的,所以其服务要求比仅为提供舒适冷却的要求要严格得多。其要求以更大的时间间隔进行维修,特别是对电机润滑和其它移动部件。
精密冷却还需要使用加湿,这涉及到另一组维护程序。这是至关重要的,因为电子设备需要稳定的湿度水平。不恰当的湿度水平,实际上可能导致处理器减速或产生静电问题。
非OEM服务提供商可能不熟悉维护这种类型的加湿设备。而如果一款设备单元具有加湿器,以减少潜在的冷凝物排放问题,并充满了整个计算机机房,则可能还需要更频繁的维护。
相关服务人员必须查看很多方面的事情,并同时需要知道和理解许多事情。因为精确制冷与舒适型空调系统有很大不同,故而执行这种维护的服务要求和专业知识也是如此。


三、更高的密度意味着更高的热负荷
   近年来,数据中心的冷却需求以及影响操作的功能已经发生了许多变化。其中最为主要的是新技术IT设备的热负荷密度的增加以及由此导致的热负荷的增加。而更高密度的热负荷,需要更复杂的冷却技术。

    而随着高密度机架配置部署的实现,原本采用传统的精确冷却配置的数据中心,在高架地板下面输送空气到大型计算机房的空调 ( CRAC ) 单元,可能遇到某些瓶颈问题。由于在某些高密度区域中的冷却能力不足,会产生热点。典型的地板下排气散热可能不足以冷却这些热点。而如果不使用辅助冷却,则负载高于4 ~ 5 kW的机架将易受热点影响。
四、数据中心热负荷的上升
即使数据中心机房内可能存在高水平的冷却能力,但如果冷却系统发生故障,冷却空气的分配方式也可能导致相应问题。高架地板配置并非总是设计用于最佳空气流量的。它们的运行可能如此接近容量的边缘,以致于任何由于维护问题所带来的停机中断都可能造成困境。
这些问题的解决方案,是采用基于机架行的冷却和其它目标冷却系统。关键冷却技术,正在发展成为基于机房和网络的整体解决方案,而不仅仅是基于单独的HVAC单元。这些不同类型的系统,需要具有对其操作有着深入了解的高级服务技术人员。
五、更复杂的冷却方法
精密空调采用了范围广泛的冷却介质,需要具备相关知识背景的专业维修技术人员以调节控制和测试系统。这些冷却方法包括空气,冷冻水和制冷剂。在大多数情况下,这些系统比一般舒适型冷却系统更为复杂,需要更加注意维护,以提供最佳性能。
独特的节能配置,如双冷却系统作为节能方式变得越来越流行。利用该选项,传统的空气冷却单元通过添加,利用中央建筑冷却器供应的第二线圈而被转换为双源冷却系统。该单元既可以用作冷冻水系统,也可以作为压缩系统,或两者的组合。在冷却器供应可用的时候,压缩机操作被消除,从而降低了能源成本。
在寒冷的气候条件下,一套更有效的节约能源的解决方案,是利用室外流体冷却器 ( 干冷器与泵组 ) 与冷冻水盘管转换相结合,当环境温度允许时,这将提供“免费的制冷”。在这种情况下,在峰值负载运行条件下,冷却负荷不会被转移到冷水机组。
然而,定期操作和检查这些系统的所有部件,以确保它们在需要时准备就绪是必不可少的。这需要熟悉精密冷却的所有方面、且经验丰富的服务技术人员来服务这些复杂的系统。
六、新的设备需要一套新的技能
新一代电子控制系统,通过协调和优化数据中心中的多款冷却单元的运行来提高效率。而这些控制系统,自然也需要更多的专业知识来实施维护和服务。未经培训的设备服务人员,实际上可能会导致冷却系统在尝试执行调整或维护时失败。
具有先进控制系统和变频驱动器的新型冷冻水单元与以往型号非常不同。使用先进的控制系统,需要训练有素的服务专业人员。而未经训练的维修人员,来对这些类型的控制系统实施日常维护,可能使设备的保修失效。
数字化涡旋压缩机,利用先进的电子控制和调制来实现更高效的运行。然而,数字涡旋单元的操作与标准涡旋压缩机不同。经过了设备供应商专业培训的维修技术人员,知道如何正确诊断压缩机的潜在问题以及如何进行日常维护。

七、精密冷却的独特方面影响服务需求
与一般提供舒适型的冷却系统相比,当今精密数据中心冷却系统的差异也产生了非常不同的维护要求,以便能够保持数据中心设备的正常和高效地运行。在精密冷却系统的整个使用寿命期间,对其实施恰当的维护无疑是相当重要的:如果数据中心的精密冷却系统不能在其最高水平运行,那么其也就不能完全使数据中心受益。

八、机房制冷为什么只能采用机房专用的精密空调?

     机房区域的制冷只能采用机房专用的精密空调,这是有原因的,在选择数据中心制冷系统时,很多数据中心的IT人员认为舒适性空调也可以用于机房的冷却,并认为舒适性空调能效高,因此可以降低制冷系统的能耗。

但是,在机房中,显热负荷几乎完全由IT硬件、灯光、支持设备和供电产生的显热组成。因为几乎没有人,室外空气有限,并且通常经过防潮处理,所以,潜热非常少。针对这种情况,空调所需的显热比非常高,为0.95~0.99。只有机房精密空调可以达到这种非常高的显热比。相对而言,舒适性空调的显热比通常为0.65~0.70,因此,提供的显热量过少,潜热冷量过多。过多的潜热冷量一位着将不断地从空气中去除水分。为了保持所需的相对湿度范围45%~50%,将需要不断加湿,而这肯定要消耗大量的能量。


与此同时,精密空调具有高精度、反应灵敏、基于微处理器的控制系统,可以对外界环境的变化快速做出反应,从而保证环境变化保持在稳定环境所需的整定值范围之内。舒适性空调通常包括有限的基本控制系统,无法足够快速地做出反应,来保证所需的温度差。

而且,机房精密空调通常采用高中效过滤器,使空气中的尘埃减至最少,而舒适性空调采用粗效过滤器,无法去除足够的尘埃颗粒;机房精密空调的设计时按照全面八千七百六十小时运转设计的,组件有冗余功能,这会大大提高可靠性,降低运行和运维的成本。

   机房专用空调具有恒湿的功能,保护机房设备不会因为湿度过大而损坏。而舒适性空调并没有这个功能。舒适性空调的温差范围在1℃,而机房精密空调的温差范围在0.1℃甚至更高。机房精密空调中高效过滤器,保证了机房的无尘环境。而舒适性空调,仅具备了低效过滤器。机房精密空调虽然初期投资要比舒适性空调高,但其终年无休的运行,可靠性相比舒适性空调要高好几个等级。

因此,机房区域的制冷只能采用机房专用的精密空调。舒适性空调智能用于数据中心办公区人员的制冷。

九、机房专用精密空调中的氟制冷与氨制冷有什么区别?

“氨制冷系统”在冷冻冷藏行业发展的初期,得到了广泛的应用,而随着时代的发展,氨系统的缺点也逐渐暴露,逐渐被“氟利昂制冷系统”所取代,机房精密空调氟系统与氨系统相比无论是从哪个方面来看,氟系统的优势更加明显,未来,氟系统将逐步占领冷藏市场,成为行业发展的主流。下面跟大家分析一下氨制冷系统与氟制冷系统之间的区别。

1、机房精密空调氨制冷与氟制冷节能对比:

氨系统多采用的是单机头压缩机,部分负荷的能效比要低于满负荷时的能效比,尤其是当负荷下降到70%以后,能效比下降更为严重,由于氨不溶于润滑油当中,导致管道和蒸发器的表面形成油层,使得系统的换热效果下降;氟利昂系统利用PLC控制,精确度高,效率显著。

另外,氟利昂可溶于润滑油,所以对传热效果的形象较小,比氨系统可节省一半的电量,节能效果显著。

2、两者运行对比

由于氨系统相对落后,其制冷时耗电量较大,使用时间较短,容易发生故障,并且辅助设备较多,机组复杂,若一个系统发生故障就会影响整个机组的运行效果,降低制冷的效率;而氟机的系统相对严谨,运行效率较高,从根本上降低了耗电量,不易发生故障,保证了运行的稳定。

3、安全对比

氨属于有毒液体,对人体会产生强烈的刺激,当空气中的氨达到0.6%时就会导致人体中毒,当浓度达到14%就可以引起燃烧,当达到25%时就会引起爆炸,威胁到人们的生命财产安全;而氟利昂系统采用环保R22与R404A制冷剂,具有无色、无味、不可燃烧,不会爆炸的化学性质,可应用于各种场所当中,安全稳定,杜绝了事故的发生,有效的保证了员工与周围民众的生命安全.
4、控制对比

氨系统需要设置专人看守操作,无法实现自动化运行,而氟系统可实现远程自动控制,使得机组的运行更加安全可靠,不仅如此氟系统可节省近一半的电量,运行更加精确,从而提高了产品的质量,降低了使用成本,确保了安全性。

5、投资对比

氨系统为单机运行,为了避免发生故障影响使用所以需要装备辅机,并且机组用电量较大,所以使用费用相对较高,氟利昂可实现自动控制,虽然前期投资量相对较大,但无需设备拥挤,耗电量低,使用寿命长,综合来看经济显著。

6、土建投资对比

氨机组结构较大,占地面积大,除了机组外,还需要安装高压储液罐和循环桶等辅机,总占地面积为氟系统的五倍,而氟利昂机组结构紧凑,占地面积小,所以对安装环境的要求也相对较低,适用范围更广。

   为维持恒定的室内温度需要全年为之降温,由此带来了巨额的耗电量和电费,在节能减排和降低运营成本的双重压力,迫使人们不断地研发新的节能技术和产品,通过提高运行温度,利用环境空气和针对性的空气进行冷却,而不再是将整个数据中心降到不必要的低温,最终实现节省能源的目的。

   机房专用空调具有恒湿的功能,保护机房设备不会因为湿度过大而损坏。而舒适性空调并没有这个功能。舒适性空调的温差范围在1℃,而机房精密空调的温差范围在0.1℃甚至更高。机房精密空调中高效过滤器,保证了机房的无尘环境。而舒适性空调,仅具备了低效过滤器。机房精密空调虽然初期投资要比舒适性空调高,但其终年无休的运行,可靠性相比舒适性空调要高好几个等级。

    良好的机房制冷是保证数据安全的一个重要指标,可以有效的降低数据设备的稳定运行,也是机房建设中的重中之重!