雙碳目標下蒸發冷、熱管、液冷節能技術在數據中心中的應用(一)

2020年12月中央經濟工作會議中將碳達峰、碳中和工作位列其中,重申我國二氧化碳的排放力爭2030年前達到峰值,力爭2060年前實現碳中和。數據中心的高耗能越來越受到社會的關注,國家相繼出臺了數據中心能耗的指導意見和限令,因此綠色和碳中和是數據中心建設和運維必然趨勢。本文重點介紹數據中心行業近些年在蒸發冷、熱管、液冷制冷系統的技術突破、性能、需要關注的問題和發展。

     對于一個PUE=1.5的數據中心,基礎設施的耗能主要來自電力設備自身的耗能和制冷系統的耗能,另外還有照明+其他輔助設施(加濕、新風、智能化等)的耗能,這三部分耗能的占比見圖1�？梢娀�礎設施的耗能中,機械制冷系統的耗能占到總耗能的23%。近三年來數據中心制冷系統在蒸發冷卻、熱管和液冷技術以及產品上有了創新和突破,在進一步提高制冷系統的能效和節能上收到了較好的效果,在數據中心逐步被采用和推廣。蒸發冷、熱管和液冷在降低能耗上的優越性也將成為今后數年數據中心降低制冷系統能耗發展趨勢。

蒸發冷卻+機械制冷:雖然在自然蒸發冷卻的過程中所消耗的能量較少,主要是風機和水泵耗能,與目前主流的機械制冷的空調相比在節能和經濟性上更有優勢。但是直接和間接蒸發冷卻無法滿足全年所有工況可以提供數據中心需要的制冷要求,因為在室外溫度(夏季)上升時,換熱器的換熱效率下降,不能滿足機房送風溫度要求時,必須增加機械制冷系統的補充。

　數據中心蒸發冷卻系統主要是以自然冷卻為主,機械制冷為輔,蒸發冷卻系統主要運行的模式可分為干、濕和混合等三種模式。

　　1）干模式:在室外干球溫度低于16℃左右,依靠室內外空氣在換熱芯體換熱就可以提供足夠的冷量,此時運行在干工況。此時噴淋蒸發系統和機械制冷系統都不工作。室外新風與室內回風直接經換熱器換熱,數據中心較高的回風經由空氣-空氣換熱器被室外的低溫空氣直接冷卻。見圖10。

　　2）濕模式:當室外環境溫度較溫和時(濕球溫度高于19℃左右),機組運行在濕模式。此時開啟噴淋蒸發,而機械制冷系統仍然不工作。室外空氣通過增發冷卻系統進行預降溫,然后再經由空氣空氣換熱器冷卻數據中心回風。