數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)

褚俊杰,耿志超,嚴(yán) 政

(1.西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院,陜西 西安 710048;2.維諦技術(shù)有限公司,陜西 西安 710075;3.廣東電信規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510653)

0 引 言

近年來(lái),移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng),帶動(dòng)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模、計(jì)算能力以及網(wǎng)絡(luò)流量的大幅增長(zhǎng)。我國(guó)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)市場(chǎng)規(guī)模增速明顯,與此同時(shí),巨大的信息訪(fǎng)問(wèn)量和處理量帶來(lái)了數(shù)據(jù)中心的快速建設(shè)與發(fā)展。隨著整個(gè)社會(huì)發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)中心需求量的不斷增長(zhǎng),服務(wù)器設(shè)備的高密度使用以及全年8 760 h不間斷的運(yùn)行,造成了數(shù)據(jù)中心對(duì)電力能源的消耗急劇增長(zhǎng)。蒸發(fā)冷卻技術(shù)是一種利用水分蒸發(fā)制取冷量的高效自然冷卻技術(shù),在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中利用間接蒸發(fā)自然冷卻方案時(shí),空調(diào)設(shè)備的換熱效率顯著提高,延長(zhǎng)了自然冷源的利用時(shí)間[1]。近年來(lái)在數(shù)據(jù)中心用蒸發(fā)冷卻設(shè)備方面,文獻(xiàn)[2-4]提出新型超高能效的逆流式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器,并且應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心工程中。文獻(xiàn)[5-6]針對(duì)露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)分析,提出數(shù)據(jù)中心用露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào),測(cè)試數(shù)據(jù)表明,露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)適用于干燥氣候條件下的數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)方面,美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室[7-8]在科羅拉多州的國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心采用了露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組。BI等提出將新型回?zé)崾铰饵c(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)中,可實(shí)現(xiàn)87.7%～91.6%的數(shù)據(jù)中心節(jié)能[9]。系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)方面,現(xiàn)在被廣泛接受的數(shù)據(jù)中心能效評(píng)價(jià)指標(biāo)包括數(shù)據(jù)中心的電能利用效率(power usage effectiveness,PUE)[10]、水資源利用效率(water usage effectivenes,WUE)[11]、碳利用效率(carbon usage effectiveness ,CUE)[12]等。程亨達(dá)等提出了用于評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)綜合制冷系數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)“中心冷卻系統(tǒng)全年綜合制冷系數(shù)(COPdc)”,驗(yàn)證了數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)綜合COPdc的評(píng)價(jià)效果,并與PUE指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析[13]。表明在不同負(fù)載和溫度條件下,COPdc比PUE更明確展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的耗電量變化,更適合作為衡量冷卻系統(tǒng)能量使用效率的指標(biāo)。文獻(xiàn)[14-15]對(duì)數(shù)據(jù)中心的熱工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)機(jī)架冷卻指數(shù)、回風(fēng)溫度指數(shù)、供熱指數(shù)和回?zé)嶂笖?shù)的計(jì)算式及其物理意義進(jìn)行論述,發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)均可由機(jī)房?jī)?nèi)的溫度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,用來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的熱環(huán)境狀態(tài)和機(jī)房氣流組織的合理性。利用自然冷源的數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案是提高數(shù)據(jù)中心能源利用效率的重要路徑,建立針對(duì)數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)能效的評(píng)價(jià)體系對(duì)節(jié)能工作十分重要。數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)備性能的優(yōu)劣是決定數(shù)據(jù)中心能否達(dá)到綠色低碳指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,但目前數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)備尤其是間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備的性能指標(biāo)與工程應(yīng)用的貼合度較低,難以準(zhǔn)確反映工程應(yīng)用的實(shí)際效果。本文在現(xiàn)有能效評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上,提出了數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)PUE比值系數(shù)、空調(diào)能量利用效率、空調(diào)設(shè)備制冷密度等新的評(píng)價(jià)指標(biāo),同時(shí)對(duì)新評(píng)價(jià)指標(biāo)的參考值以及不同制冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用案例進(jìn)行對(duì)比分析。

1 間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)介紹

1.1 數(shù)據(jù)中心風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻

典型的數(shù)據(jù)中心風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)[16]如圖1所示。

圖 1 數(shù)據(jù)中心風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of indirect evaporative cooling system on air side of data center

圖1中,該間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)在全年工作過(guò)程中,有干模式(換熱器空氣/空氣換熱)、濕模式(風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻)、混合模式(風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻+機(jī)械制冷)3種工作模式。根據(jù)室外環(huán)境參數(shù)全年的動(dòng)態(tài)變化,3種工作模式依次動(dòng)態(tài)切換,為數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境提供保障。

1.2 數(shù)據(jù)中心水側(cè)間接蒸發(fā)冷卻

水側(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備是間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組[17-19]。數(shù)據(jù)中心水側(cè)間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖 2 數(shù)據(jù)中心水側(cè)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of water-side indirect evaporative cooling air conditioning system in data center

圖2中,當(dāng)室外環(huán)境干球溫度較低時(shí),為水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)的干運(yùn)行模式。此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)表冷器內(nèi)的防凍冷卻介質(zhì)乙二醇與室外溫度較低的空氣換熱,為數(shù)據(jù)中心排熱。當(dāng)室外環(huán)境溫度升高時(shí),利用間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組制取的冷水通過(guò)板式換熱器為數(shù)據(jù)中心排熱。當(dāng)室外環(huán)境溫度繼續(xù)升高,此時(shí)通過(guò)間接蒸發(fā)冷卻模式仍然無(wú)法進(jìn)行有效排熱時(shí),開(kāi)啟機(jī)械制冷冷水機(jī)組,運(yùn)行間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷混合運(yùn)行模式。間接蒸發(fā)冷卻冷機(jī)組與機(jī)械冷機(jī)的混合運(yùn)行模式有串聯(lián)混合和并聯(lián)混合2種。機(jī)械制冷冷水機(jī)組產(chǎn)生的冷水全部或部分提供給數(shù)據(jù)中心的空調(diào)末端,而間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組用于排出機(jī)械制冷冷水機(jī)組的熱量。間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組制取的冷水溫度低于普通冷卻塔的出水溫度,從而提高整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能效。

2 能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1.1 PUE評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)中心的PUE是TGG綠色網(wǎng)格組織在2007年通過(guò)白皮書(shū)的形式在數(shù)據(jù)中心行業(yè)開(kāi)始推廣,是國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域普遍接受和應(yīng)用的一種衡量數(shù)據(jù)中心PUE的綜合指標(biāo)。PUE指標(biāo)是用來(lái)衡量數(shù)據(jù)中心的電能轉(zhuǎn)換效率,倒逼數(shù)據(jù)中心來(lái)提升能效轉(zhuǎn)化水平。

數(shù)據(jù)中心PUE的具體計(jì)算,即

(1)

式中:ηPUE為數(shù)據(jù)中心總能耗與服務(wù)器設(shè)備總能耗的比值;EDC為數(shù)據(jù)中心總能耗,kW;EIT為數(shù)據(jù)中心中服務(wù)器設(shè)備總能耗,kW。

將數(shù)據(jù)中心PUE值2.0、1.4、1.1、1.0分別作為數(shù)據(jù)中心PUE標(biāo)準(zhǔn)、好、較好、極限的參考數(shù)值。

蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷聯(lián)合的空調(diào)系統(tǒng)為滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心全年的安全可靠運(yùn)行,在前期設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)將機(jī)械制冷量按照100%設(shè)計(jì),后期若不合理運(yùn)行則會(huì)額外增加系統(tǒng)的能耗,達(dá)不到節(jié)電的目的。數(shù)據(jù)中心蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式是根據(jù)室外氣象參數(shù)的變化而自由切換的,因此其節(jié)能效果取決于系統(tǒng)高效的控制策略,以及后期規(guī)范化的運(yùn)維管理。這也是目前比較欠缺的環(huán)節(jié)。

2.1.2 WUE評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)中心的WUE用來(lái)表征數(shù)據(jù)中心的單位服務(wù)器設(shè)備用電量時(shí)數(shù)據(jù)中心的耗水量,即

(2)

式中:βWUE為全年數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)備消耗的總水量與服務(wù)器設(shè)備耗電量的比值;WDC為全年數(shù)據(jù)中心空調(diào)設(shè)備消耗的總水量,kg。

水資源利用效率越接近于0,表示數(shù)據(jù)中心中空調(diào)設(shè)備的節(jié)水程度越高。將數(shù)據(jù)中心水資源利用效率值2.0、1.0、0.5、0分別作為標(biāo)準(zhǔn)、好、較好、極限的參考數(shù)值。

2.1.3 CUE評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)中心的碳利用效率,用來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)中心總溫室氣體排放量及服務(wù)器設(shè)備能耗,即

(3)

式中:χCUE為數(shù)據(jù)中心碳排放量與服務(wù)器設(shè)備耗電量的比值;CDC為數(shù)據(jù)中心碳排放,kg。

大型數(shù)據(jù)中心的管理人員通過(guò)設(shè)施的整體能源消耗的二氧化碳放射等同物除以數(shù)據(jù)中心服務(wù)器能耗計(jì)算碳利用效率,得出每千瓦時(shí)多少千克二氧化碳。最完美的碳利用效率值是0,意味著在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中沒(méi)有產(chǎn)生任何碳排放。將數(shù)據(jù)中心碳利用效率值1.2、1.15、1.05、0分別作為數(shù)據(jù)中心水資源使用效率標(biāo)準(zhǔn)、好、較好、極限的參考數(shù)值。

根據(jù)文獻(xiàn)[20]全國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量與二氧化碳排放量匯總表,其中2025年之前數(shù)據(jù)中心PUE值按照1.4推算,2025年以后的數(shù)據(jù)中心PUE值按照1.3推算。計(jì)算結(jié)果顯示,2025年之前數(shù)據(jù)中心碳使用效率為1.17左右,2025年以后的數(shù)據(jù)中心碳使用效率為1.08。由此可見(jiàn),隨著PUE值的降低,數(shù)據(jù)中心的碳使用效率值也隨之降低。如果數(shù)據(jù)中心楊業(yè)推動(dòng)碳交易與碳儲(chǔ)存,可進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心的碳使用效率。

2.2 能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)能量利用效率

PUE是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能耗最重要的指標(biāo),但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)PUE評(píng)價(jià)存在沒(méi)有考慮各數(shù)據(jù)中心所處地區(qū)的氣象條件,因此跨地區(qū)的數(shù)據(jù)中心PUE無(wú)法進(jìn)行比較。

如果服務(wù)器系統(tǒng)突然變得很費(fèi)電,實(shí)際上數(shù)據(jù)中心能耗卻上升了,但PUE值反而下降,導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果與數(shù)據(jù)中心實(shí)際生產(chǎn)效率有很大的偏差。PUE的計(jì)算定義式中沒(méi)有引入時(shí)間的概念,同時(shí)PUE無(wú)法為數(shù)據(jù)中心提供實(shí)質(zhì)的節(jié)能方向。

實(shí)際使用中PUE數(shù)值越低越趨近1,說(shuō)明該數(shù)據(jù)中心電能利用率越高,即與效率數(shù)值越高代表評(píng)價(jià)結(jié)果越好的認(rèn)知不一致,不容易被人們理解與接受。

降低數(shù)據(jù)中心能耗,提高數(shù)據(jù)中心電能利用率的關(guān)鍵在于降低數(shù)據(jù)中心制冷空調(diào)系統(tǒng)能耗。因此將數(shù)據(jù)中心中節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié),制冷空調(diào)能耗單獨(dú)在公式中列出,并且引入制冷空調(diào)系統(tǒng)能效比與時(shí)間系數(shù),提出數(shù)據(jù)中心空調(diào)能量利用效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)與計(jì)算方法,即

(4)

式中:?CEE為數(shù)據(jù)中心空調(diào)利用效率;Ecooling為數(shù)據(jù)中心制冷空調(diào)系統(tǒng)總能耗,kW。式中分子部分為數(shù)據(jù)中心發(fā)熱量/冷負(fù)荷。

數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗系數(shù)在0～1之間,數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗系數(shù)越趨近于1,說(shuō)明該數(shù)據(jù)中心制冷空調(diào)系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總能耗占比越低,該數(shù)據(jù)中心能效利用效率越高。當(dāng)數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗等于0時(shí),該數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)無(wú)須使用市政供電系統(tǒng),即可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心的正常工作要求,此時(shí)數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗利用率達(dá)到100%。

間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)為了滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心全年制冷需求,多采用多種運(yùn)行模式,其中干模式與濕模式為自然冷卻運(yùn)行模式,充分利用自然冷源可以顯著降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗。因此為了提高數(shù)據(jù)中心空調(diào)能量利用效率,應(yīng)該盡可能延長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心空調(diào)的自然冷卻模式應(yīng)用時(shí)間。將數(shù)據(jù)中心空調(diào)能量利用效率值0.65、0.7、0.85、1.0分別作為標(biāo)準(zhǔn)、好、較好、極限的數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗利用效率的參考數(shù)值。

2.2.2 數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻PUE系數(shù)

定義數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻PUE系數(shù)首先應(yīng)明確2個(gè)PUE,數(shù)據(jù)中心實(shí)際PUE與當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)數(shù)據(jù)中心PUE,即

(5)

式中:ηPUEC為數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻PUE系數(shù);ηPUEReal為數(shù)據(jù)中心實(shí)際PUE;ηPUEIEC為當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)數(shù)據(jù)中心PUE;基準(zhǔn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)數(shù)據(jù)中心PUE基于當(dāng)?shù)厥褂瞄g接蒸發(fā)冷卻空調(diào)以后的數(shù)據(jù)中心計(jì)算獲得。間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)基準(zhǔn)PUE的計(jì)算考慮了當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響,引入自然冷卻小時(shí)數(shù)的概念,即為了滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心的冷量需求,自然冷卻全年運(yùn)行的累計(jì)小時(shí)數(shù)。

實(shí)驗(yàn)3 仿真討論大信號(hào)掩蓋下不同參數(shù)對(duì)機(jī)密信號(hào)解調(diào)損失的影響.仿真中信號(hào)均采用BPSK調(diào)制方式，Ebw/N0取0dB～26dB，L=105.機(jī)密信號(hào)BER理論值如圖5所示.

將數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻PUE系數(shù)用來(lái)探討各個(gè)氣候區(qū)實(shí)際工作的數(shù)據(jù)中心改為間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)后的節(jié)能潛力。將數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻PUE系數(shù)數(shù)值為1.5、1.2、1.0分別作為標(biāo)準(zhǔn)、好、極限的數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻的參考數(shù)值。

2.2.3 間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備制冷密度

蒸發(fā)冷卻空調(diào)是一種氣象空調(diào),設(shè)備體積都比較大。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用時(shí),由于數(shù)據(jù)中心發(fā)熱量大,所需要制冷量大,蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備數(shù)量巨大,因此制冷設(shè)備的體積也成為必須考慮的因素。使用設(shè)備制冷密度作為衡量設(shè)備單位體積制冷量大小的評(píng)價(jià)指標(biāo),即

(6)

式中:λRD為制冷設(shè)備單位體積的制冷量,kW/m3;Q為蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備的制冷量,kW;V為蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備體積,m3。

間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備制冷密度反映了蒸發(fā)冷卻設(shè)備制冷量與設(shè)備體積的比值,表征了蒸發(fā)冷卻設(shè)備單位體積的制冷能力。在相同制冷量的條件下,制冷密度越大,設(shè)備體積越小。將間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷密度參考數(shù)值6、7、8、10作為標(biāo)準(zhǔn)、好、較好、極限的參考數(shù)值,其中以機(jī)械制冷空調(diào)機(jī)組的制冷密度參考值作為極限值。

目前數(shù)據(jù)中心用間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組為了提高換熱效率,減少機(jī)組的占地面積,主要采用高效且結(jié)構(gòu)緊湊型的間接蒸發(fā)冷卻器。從結(jié)構(gòu)形式比較大的管式間接蒸發(fā)冷卻器,到現(xiàn)在的板翅式間接蒸發(fā)冷卻器,將來(lái)會(huì)朝著微通道的方向發(fā)展,然而蒸發(fā)冷卻器的結(jié)構(gòu)越緊湊,對(duì)空氣的品質(zhì)要求就會(huì)越來(lái)越高,因此,為了防止緊湊型換熱器內(nèi)空氣道的堵塞,必須對(duì)空氣進(jìn)行有效的過(guò)濾處理,這樣才能避免換熱芯體堵塞的風(fēng)險(xiǎn),從而提高機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 案例分析

由于上述數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值差異較大,難以放在一起直觀對(duì)比評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣。因此采用將指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值賦分為60分,指標(biāo)極限值賦分為100分,對(duì)實(shí)際指標(biāo)值進(jìn)行評(píng)分。并將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值放在圖中直觀地表示整體分析數(shù)據(jù)中心的能效優(yōu)劣,即

(7)

式中:XS為標(biāo)準(zhǔn)值;XL為極限值;XA為實(shí)際值;從而得到實(shí)際指標(biāo)值的賦分值,見(jiàn)式(8),即

(8)

3.1 常規(guī)冷凍水制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心

分別對(duì)北京、上海、深圳的常規(guī)冷凍水制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析,該數(shù)據(jù)中心建筑面積約為1 200 m2,機(jī)柜數(shù)125個(gè),單機(jī)柜功率密度8 kW,當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)0.75 元/kWh,水費(fèi)8 元/t,負(fù)載率第1年30%,逐年上升,5年滿(mǎn)載,測(cè)算10年總運(yùn)行費(fèi)用。該數(shù)據(jù)中心采用冷凍水方案為變頻離心機(jī),空調(diào)系統(tǒng)帶自然冷卻模式,供回水溫度20/27 ℃。制作的評(píng)分雷達(dá)圖如圖3所示。

(a) 北京 (b) 上海 (c) 深圳

從圖3可以看出,冷凍水制冷系統(tǒng)水源利用效率指標(biāo)整體相對(duì)偏低,耗水量較大。由于冷凍水制冷系統(tǒng)耗電整體高,因此碳利用效率指標(biāo)也相對(duì)較大,具有較大的提升空間。從北京到深圳,由于全年溫度整體提高,自然冷卻時(shí)間減少,電能利用效率指標(biāo)也逐步減少。

3.2 間接蒸發(fā)冷卻風(fēng)側(cè)數(shù)據(jù)中心

分別對(duì)位于北京、上海、深圳的間接蒸發(fā)冷卻風(fēng)側(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分,制作的評(píng)分雷達(dá)圖如圖4所示。

(a) 北京 (b) 上海 (c) 深圳

圖4中,間接蒸發(fā)冷卻方案:n+1配置,50%機(jī)械輔助制冷。針對(duì)夏熱冬冷和夏熱冬暖的2個(gè)地區(qū)的3個(gè)典型城市的間接蒸發(fā)冷卻風(fēng)側(cè)系統(tǒng)與冷凍水系統(tǒng)評(píng)價(jià),結(jié)果顯示,間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)充分利用自然冷源,相比于傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)有明顯的節(jié)電節(jié)水優(yōu)勢(shì),特別是低負(fù)載下絕大多時(shí)間可以不用機(jī)械輔助制冷。從結(jié)果上看,在反映耗電量的電能利用效率指標(biāo)和耗水量的水資源利用效率指標(biāo)上,間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的兩項(xiàng)指標(biāo)都大幅低于冷凍水系統(tǒng)。間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備相對(duì)偏大,設(shè)備制冷密度指標(biāo)還有較大的提升空間。

3.3 間接蒸發(fā)冷卻水側(cè)數(shù)據(jù)中心

以位于新疆烏魯木齊的某間接蒸發(fā)冷卻水側(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為案例,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)該數(shù)據(jù)中心的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分,制作的評(píng)分雷達(dá)圖如圖5所示。

圖 5 間接蒸發(fā)冷卻水側(cè)數(shù)據(jù)中心評(píng)分 雷達(dá)圖Fig.5 Indirect evaporative cooling water-side data center evaluation scoring radar chart

從圖5可以看出,間接蒸發(fā)冷卻水側(cè)系統(tǒng)的PUE指標(biāo)、空調(diào)能量利用效率指標(biāo)均在較高的水平,間接蒸發(fā)冷卻水側(cè)設(shè)備的制冷密度相對(duì)于間接蒸發(fā)冷卻風(fēng)側(cè)設(shè)備也有較高的提升。水資源使用效率為0.8,相對(duì)于冷凍水系統(tǒng)也更為省水。在碳利用效率指標(biāo)上也有較大的提升空間。

4 結(jié) 論

1) 在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心能效評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,從數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)、間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備3個(gè)維度層面,分別提出了數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)電能利用效率系數(shù)、數(shù)據(jù)中心空調(diào)能量利用效率、間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)制冷設(shè)備密度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。新指標(biāo)完善了數(shù)據(jù)中心的能效評(píng)價(jià)體系,可引領(lǐng)相關(guān)空調(diào)產(chǎn)品性能質(zhì)量進(jìn)一步提高,使相關(guān)空調(diào)產(chǎn)品的能效性能更加緊密地貼近實(shí)際效果,對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能低碳具有重要意義。

2) 采用新的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及賦值分析法,針對(duì)數(shù)據(jù)中心不同空調(diào)系統(tǒng)案例進(jìn)行分析。結(jié)果表明,間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)可以充分利用自然冷源,相比于傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)有明顯的節(jié)電節(jié)水優(yōu)勢(shì),特別是低負(fù)載下絕大多時(shí)間可以不用機(jī)械輔助制冷。在反映耗電量的PUE指標(biāo)和耗水量的水資源利用效率指標(biāo)上,間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的2項(xiàng)指標(biāo)都低于冷凍水系統(tǒng)。同時(shí)由于間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備相對(duì)偏大,設(shè)備制冷密度指標(biāo)還有較大的提升空間。