E企研究院 · 5月23日

数据中心节能奥义:制冷效果好,运维不可少

数据中心能有多耗电?

如今降低碳排放已经深入社会生活的方方面面,无论是路上跑的新能源汽车还是我们家中少用的一个塑料袋,都会对减排产生积极意义。而要说IT领域碳排放的“大户”,非数据中心莫属。

作为数字生活的支柱,数据中心承担着数据的计算、存储和交互等一系列重要任务,也必须保证7*24小时的不间断运转。那么多设备放在一起,每天的能耗都非常巨大,也成为了节能减排的首要目标。

数据中心哪部分最耗电?

根据中国电子节能技术协会的统计数据显示:2020年全国数据中心总耗电量1600-1800亿千瓦时,而同期世界装机规模最大水电站——三峡水电站的发电量为1118亿千瓦时。也就是说,三峡水电站年发电量远不够数据中心使用,尤其是在这几年数字化大潮下,数据中心的建设越来越多,自然也对碳排放造成了巨大挑战。
v2-b380917fd9d9a61704be5251166a4472_1440w.png

为此,国家相关部委出台了关于绿色数据中心建设和建设布局的指导意见,包括北京、上海、深圳等大城市也出台了数据中心相关政策,对新建数据中心的PUE制定了详细的准入门槛和激励机制。所谓PUE,是Power Usage Effectiveness 的简写,它是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值,也是评价数据中心能源效率的指标。PUE的数值越低,代表着非IT负载的耗电越小,越符合节能绿色的要求。

但现实往往不容乐观。以一个IT额定容量1MW,设计PUE为1.5的典型数据中心为例,从建设到投入运行10年的周期来看,电费占比高达总投资的60%以上,其中制冷系统的能耗占总能耗的30%左右。因此,在探索降低数据中心PUE的道路中,首先要解决的就是如何降低制冷系统的能耗。很显然,传统的制冷方式已经不能满足未来我们对于低碳节能的要求,整个行业的制冷方式特别是由此产生的管理模式,也正在面临着挑战。

间接蒸发冷却技术是如何实现的?

熟悉数据中心布局的网友会发现,许多数据中心的选址附近都会有大面积的水库或者水源地,比如位于江苏宿迁的京东云华东数据中心距离骆马湖不足2公里,再比如河北怀来的官厅水库附近也有大量的数据中心布局。为什么会选择这些地方,很大程度就是因为数据中心的冷却需要大量水,而靠近水源地无非是最经济、最有效的一种方案。不同于机场、车站等许多大型公共建筑的制冷方式,数据中心制冷常采用水为媒介,通过水的蒸发带走数据中心产生的热量,比如冷冻水制冷方案和近几年热门的蒸发冷却方案。

图片 1.png
从制冷技术形式来说,蒸发冷却技术可分为直接蒸发冷却技术与间接蒸发冷却技术,其中直接蒸发冷却将水直接喷淋于未饱和湿空气中,但由于空气与水直接接触,其含湿量增加,所以存在一定的应用限制。而间接蒸发冷则是工作介质先经过间接蒸发冷却器等湿降温后形成湿通道,产出介质流过干侧通道,湿侧介质吸收干燥介质的热量,借助于湿表面蒸发,从而冷却产出介质。由于工作介质不与水直接接触,其含湿量不变,实现空气的等湿降温。

这就是间接蒸发冷却技术的优势所在。借助水和空气为冷却介质,间接蒸发冷却技术采用空气与空气间接式换热,这样在外部环境温度低的时候可以靠低温空气带走数据中心内部产生的热量(干模式),而在外部环境温度较高的时候就可以利用水的蒸发来帮助散热(湿模式),这样无论外部环境如何,数据中心都可以选择适合自己的模式达到良好的散热效果;甚至当环境温度持续升高的时候,还可以开启混合模式,最大限度地提升散热。

由此看来,间接蒸发冷却技术的优势就是在隔绝室内外空气前提下,降低机房温度,大幅增加利用自然冷却的时间。时至今日,间接蒸发冷却技术已经得到了行业的广泛采用,除了具备节能减排的优势之外,在分期部署、建设周期、可靠性、TCO方面它也优于传统解决方案,因此受到了行业的广泛认可。据统计,过去几年间接蒸发冷却技术的应用快速增长,在中国大陆地区的年装机容量从2017年的不足100套快速增长至2021年的1000+套,增长势头迅猛。

这也从侧面解释了为什么近年来数据中心“南贵北乌”布局的形成。贵州,在传统印象中是一个偏远的省份,但这里因为海拔优势年度温差小,比如数据中心“扎堆”布局的贵安新区年平均温度为15℃,2021年的空气质量优良率达97.4%,非常符合间接蒸发冷却对于空气温度和质量的要求。相比之下内蒙古地区的乌兰察布优势更为明显——全年平均气温2.6℃,即便是在北方的采暖季空气质量也可以实现100%达标,同样在气温和质量上具备了自然冷却的条件。

制冷效果好,运维不可少

由此看来,在合适的选址下,间接蒸发冷却技术可以大大借助自然冷却降低数据中心能耗,尤其是在空气清洁的地区甚至新风设备的运维频率都可以大大降低。不过即便如此,对于数据中心的运维人员来说还是要按照程序严格执行,按时进行保养和维护工作,不能心存侥幸心理,不然同样会遇到许多尴尬的问题。

王强(化名)是华北地区某数据中心的运维人员,最近他就发现数据中心制冷效果逐步下降,甚至低于历年同期水平。根据经验,北方地区的春季平均气温不会高于20℃,对数据中心来说依然是非常适宜的温度,那为什么制冷效果反而下降了呢?在排除系统误报等可能后,王强还是准备自己去楼顶的风扇模块和园区的冷却塔看看。结果不看不知道,一看吓一跳,空调滤网上沉积了大量的柳絮,也正是这些柳絮降低了制冷效果。

图片 2.png
柳树是北方地区很常见的树木,每年3-4月也是柳絮漫天飞舞的季节。据统计,每棵成年柳树年产出28万~1485万枚白絮,重约一千克。以北京地区为例,28.4万棵柳树雌株同时发力,能产生284吨飞絮,相当于57头大象。由此,数据中心的过滤网堵塞也就不足为奇了。还好这些柳絮并没有造成什么大麻烦,只要简单清理就行。在完成过滤网清理之后,王强发现设备的运行功耗也恢复到了投入运行初期的数值,过滤网两侧压差也正常了。

众所周知,在相同的风机转速下,送风阻力越大,风机功耗越高。在自然冷却模式下,间接蒸发冷却系统的功耗主要来自于风机。因此未及时清理柳絮,可能直接影响机组能效,进而影响数据中心PUE目标的实现。类似的情况其实也有不少,包括冰雪天气和沙尘天气都能影响到机组性能,进而对数据中心能耗造成干扰。尤其是对于北方地区的数据中心来说,在季节交替的时候更应该时刻关注运维问题,不放过每个细小的变化。

伴随着数字化的发展、智能化时代的到来,数据中心在数字经济中扮演的角色越来越重要,因此降低数据中心碳排放也同样被行业所重视。这其中,间接蒸发冷却技术的采用就为数据中心降低碳排放提供了不错的选择。但即便如此,数据中心同样不能忽视的运维工作,实际上数据中心高效运行维护是数据中心全生命周期过程中的重要环节。

高效运维的数据中心可确保其安全及高可用运行,优化在不同时段及负载率下的效率提升,以适应持续发展变化的要求。而在运行维护环节还需要尽可能多的采用数字化手段,毕竟“磨刀不误砍柴工”,只有做好运维保障,才能让制冷系统安全、稳定、高效的运行,才能为数字生活发展提供持续、强劲的动力。

1 阅读 126
推荐阅读
0 条评论
关注数
4920
内容数
207
E企实验室由E企研究院专职产品技术分析师针对数据中心、云计算、AI和5G等领域最新技术和应用研究、验证、试用、分析,数据中心级新产品新技术的市场教育,国内唯一同时研究互联网和传统企业IT基础设施的机构和部门
目录
极术微信服务号
关注极术微信号
实时接收点赞提醒和评论通知
安谋科技学堂公众号
关注安谋科技学堂
实时获取安谋科技及 Arm 教学资源
安谋科技招聘公众号
关注安谋科技招聘
实时获取安谋科技中国职位信息