222-数据中心单元式水冷多联热管空调系统仿真研究.pdfVIP

数据中心单元式水冷多联热管空调系统 仿真研究 1,2 1 2 1 陈飞虎 廖曙光 张泉 刘杰宏 1. 长沙麦融高科股份有限公司 湖南，长沙，410000 2. 湖南大学土木工程学院 湖南，长沙，410081 摘 要：降低数据中心冷却系统能耗，已成为节能减排的迫切要求。热管自然冷却是降 低这一能耗的有效方法之一。 根据数据中心负荷的特点，利用热力学模拟软件 CYCLEPAD 建立了数据中心热管系统的仿真模型，以湖南常德某 IDC 机房（111°39′E，29°00N）72 台背板热管空调为对象，进行了全年能耗计算，与机房使用传统的空调系统进行了对比分析， 结果表明，采用背板热管用电量节省了26%。并根据全国主要城市的使用时间计算了使用热 管空调系统的节能率。为热管技术是在 IDC 机房推广与能耗分析提供参考。 关键词： IDC 机房；热力学模拟软件 CYCLEPAD；热管空调；系统仿真；PUE；全年 能耗 随着信息化的飞速发展，数据中心的规模不断扩大。在带来变革的同时，数据中心的迅 速扩张也产生了日益严重的能源问题。2000—2005 年，全世界数据中心能耗翻了一倍; 2005 —2010 年，数据中心能耗增长趋势受经济危机影响有所减缓，但仍然增长了56%，2010 年 已占全球能耗总量的1. 3% [1] 。美国数据中心能耗更是由2000 年占总能耗的 0. 12%增长到 2010 年的约 2%[2] 。在数据中心能耗的组成中，制冷系统能耗占相当大的部分，约占数据中 心总能耗的 30% ～ 45%[3] 。因此，采用先进的节能冷却技术合理地控制和降低冷却系统的 能耗，从而降低数据中心总能耗，不仅仅可以为企业节约运营成本，更有推进节能减排的重 要意义。传统的风冷型冷却方式不能满足需求，从而大多数数据中心引入水冷式空调。但水 冷方式带来一个问题，就是水进机房对 IDC 机房的可靠性造成影响。有的数据中心甚至要 求水不能进走廊。热管系统因为其高效的换热效率被广泛的应用于新建机房及旧系统的改 造。数据中心负荷的特点是只有热负荷，没有湿负荷，需常年制冷。传统的空调在对室内空 气降温的同时又进行了除湿，为了保证机房的湿度，需另外开启再热，这样造成了能量的浪 费。热管空调因为提高了蒸发温度，并且没有压缩机[4] 。相比传统的空调系统，冷水机组的 效率提高。在气流组织方面，传统的机房精密空调一般采用的是风管送风的方式，送风的距 离长，造成了能量的浪费。热管空调由于近距离处理服务器散发的热量，并且结合冷热通道 封闭等技术，可以实现 PUE 小于1.3。 数据中心的节能方式主要可分为热管与机械制冷集成、自然冷却方式。由于热管受地域 1 基金项目：中芬国际合作计划项目（2016YFE114300 ）。 作者简介：陈飞虎，男，1982 年7 月生。工学博士，工程师。邮编：410000 ，通讯地址：湖南省长沙市岳 麓区岳麓西大道588 号芯城科技园六栋七层。联系电话邮箱：maxxom121@163.com 影响小、效率高，同时不会引入室内污染物，近年来热管自然冷却技术受到广泛的关注，很 多学者开始进行这方面的研究。热管与机械制冷集成方面，王铁军等研发了一种适用于数据 中心等电子设备全天候环境控制的新型高效制冷机组HKF-60FH，其集成蒸气压缩制冷系统、 分离式热管系统于一体，具有压缩制冷、复合制冷和热管制冷三种工作模式[5] 。王子彪等通 过改造原有空调系统以充分利用全年室外空气冷源,利用单向二极管式热管构建热管/蒸汽 压缩复合空调系统，以固化十二醇硬脂酸为蓄冷材料增设蓄冷系统[6] 。自然冷却技术方面， 吕继祥等基于数据中心空调系统的选型和节能设计，以风冷直膨式机组、风冷双冷源冷水机 组和热管复合式制冷机组为研究对象，建立了三种类型空调系统的能效计算模型。提出一种 新型机械制冷/ 回路热管一体式机房空调