数据中心制冷系统的 节能冷却模式 第132号白皮书 版本0 作者 John Niemann John Bean VictorAvelar 目录 >摘要 点击内容即可路转至具体章节 在某些天气条件下，一些制冷系统在节能冷却模式下运 简介 2 行每年可以节省70%以上的制冷能耗，相应的该年度的 PUE也会有15%以上的改善.
但是，市面上有至少17种 节能冷却模式的目的和作用 2 不同类型的节能冷却模式，由于没有明确的行业定义， 节能冷却模式的种类 3 因此难以比较、选择或说明.
本白皮书将介绍这些不同 种类节能冷却模式的术语和定义，并且利用数据中心关 比较不同类型节能冷却模式 8 键特性参数比较它们各自的性能表现.
的性能 影响节能冷却模式运行的因素 15 消除或减少不使用节能冷却 16 模式的制冷系统 结论 17 资源 18 APC白皮书现收录于施耐德电气白皮书资科库 Schneider 由施耐德电气数据中心科研中心发表， DCSCBSchneider -
数据中心制冷系统的节能冷却模式 简介 能源成本不断攀升以及人们对绿色环保的愈加重视促使节能需求越来越强烈，节能冷却模式在某 些天气条件下的节能潜力对IT环境非常具有吸引I力，如果配置了节能冷却模式，寒冷月份可以 利用室外空气制冷，让需要使用制冷剂的制冷组件，比如冷水机和压缩机，可以关停不用或在以 较低负荷运行，直到不久前，节能冷却模式运行仍被认为是一种备选方案或辅助运行模式，但是 现在它已经成为满足数据中心操作人员或行业标准（比如ANSI/ASHRAE标准90.1-2010《除低 层住宅外的建筑能源标准》）能效目标的必要条件.
数据中心操作人员在一些天气条件下发现制 冷系统可以以节能冷却模式作为首选工作模式，而让基于制冷剂的工作（即，机械制冷模式）作 为辅助工作模式或备用方案， 尽管节能冷却模式的概念已经在数据中心行业内得到认可，但是相关的术语还未标准化并且定义 也容易引l起混淆，其中最容易引起混淆的一点是使用“节能冷却（economizer)”这一术语来形容 制冷系统内的一个组件或制冷系统的子设备，而实际上“节能冷却”不是指一个物体，而是指一 种运行模式， 制冷系统可以使用风冷制冷、水冷制冷或制冷剂制冷来将数据中心内的热量排到室外.
“风侧节 能冷却”和“水侧节能冷却”术语常常被用来形容包含节能冷却模式的制冷系统.
由于没有其它 资源链接 和定义.
会涉及到每种节能冷却模式类型，其中包括六种被认为最适合数据中心使用的类型，然 第59号白皮书 后我们将从多个性能特征比较这六种类型的节能冷却模式， 用于T环境的不同类型的空调 阅读本白皮书需要读者对各种排热系统类型有基本的认识，如果需要更多理解不同类型排热系统 的制冷组件，请查阅第59号白皮书《用于IT环境的不同类型的空调设备》， 节熊冷却模式的 许多不同类型的装置和制冷技术被用来制冷数据中心.
但是，这些系统都会部分或全部包含 自的和作角 以下四个基本要素： 排热：风机或泵，流体（比如空气或水），将热量从数据中心运送至室外环境.
换热：利用盘管或通风孔将热量从一道热流体转换到下一道热流体.
不论种，最后都需 通过热交换将热量排到室外.
压缩机：系统使用制冷剂的高压和低压形态使热量“逆势”从冷区（数据中心）流向热区 （夏天户外）.
高压制冷剂比室外温度高许多.
正是这种“温度提升”让热量可以从数据 中心流向室外环境.
蒸发辅助：利用冷却塔、湿式过滤器或喷头将水蒸发以帮助将热量排到室外.
施耐德电气一数据中心科研中心 第132号白皮书版本02
数据中心制冷系统的节能冷却模式 标准水冷数据中心会用到以上要素为数据中心制冷.
传热和压缩机在制冷时会消耗电能，而 蒸发辅助会消耗水.
制冷系统按照数据中心满负载，高室外温度的最恶劣情况进行设计.
当数据中心负载较少且室外 >自然冷却 温度凉爽时，系统必须降低功率以减少向数据中心供冷.
不幸的是，制冷机组的各种装置在这种 情况下利用不充分且工作效率低.
为了提高在这种情况下的工作效率，制冷装置经过改进，配置 节能冷却模式有时也被称作“自 了变频调速驱动，分级控制和其它功能.
但是，仍然非常耗能.
为了帮助在数据中心负载较少且 然冷却”，这个术语可以用来说 室外湿度凉爽时降低电力消耗，节能冷却模式应运而生.
明节能冷却模式的一般情况，但 虚注意以下几点.
节能冷却模式 下，割冷机组的压缩机会部分或 在节能冷却模式下，压缩机功能全部或部分被旁通所取代，从而消除或减少了压缩机的能耗，压 完全转为旁通运行，大多数便用 缩机主要是在室外湿度高于数据中心温度时用来将数据中心里的热量排到室外.
但是，当室外湿 节能冷却模式的系统大部分时间 度比数据中心低到一定程度时，热量就会自动流向室外，而无需压缩机进行“增压升温”，因此 是将压缩机部分转为旁通运行， 这时不必使用压缩机，由此可见，在条件允许时，压缩机可以旁通运行，以节省用电.
此外，系 因此节省了部分能源，但是割冷 统配置了汽化辅助装置，在条件允许时，也可以将其关闭或改为旁通运行以节约用水.
并不是“免费”的，此外，即便 节能冷却模式将压缩机完全转为 旁通运行，在利用风机或泵排放 过去，在数据中心制冷系统内增加节能冷却模式需要承担额外支出而且工作也更为复杂，并且节 热量时还是会有所耗能，并且根 能冷却模式只在一些特殊天气条件下才能够发挥作用，比如高纬度地区，恒是，这种情况已经发 可能还会用到其它需要耗能的功 生变化，由于以下原因，节能冷却模式现在被认为在大多数地区都能够发挥作用： 能，比如加湿”，也就是说即使 在完全节能冷却模式下，制冷也 数据中心在部分负载下工作加大了节能冷却模式所能带来的好处，越来越多的设计师认识 并不是“免费”的.
到数据中心在其生命周期里有相当一部分时间是在较低的负载下运行.
IT设备的动态功率 在雅虎开发的“鸡笼”式数据 变化更使节能冷却模式的作用进一步得到加强.
中心设计中，通过特殊的建筑设 计可以利用自然对流来排放热 数据中心在较高IT回风湿度下工作的发展超势使节能冷却模式的可用时间增多，特别是在 量，从而减少便用或完全不便用 较为湿暖的天气条件下， 风机来排热.
现在大多数新增的节能冷却模式可以实现“部分”节能冷却模式工作，极大增加了各种条 件下所能节约的能源数量， 约的可能性， 节能冷却模式的实际工作效果以及控制和监控系统的完善增加了人们对这些模式不会对数 据中心可靠性造成负面影响的信心.
压缩机旁通功能是节能冷却模式的一个核心概念.
如何实现旁通功能（以及实现节能）取决 于制冷机组的设计，详情请见下文段落.
节熊冷却模 节能冷却模式有19种基本类型，其中15种可用于厂房数据中心（六种采用风侧，九种采用水 式的种类 侧）.
其余四种采用水侧方式的节能冷却模式由于将冷凝水直接带进数据中心使设备受水损坏的 几率增加，因此不建设在数据中心内使用，图1所示为这15种节能冷却模式，在后面的段落 中我们将就每种类型进一步说明.
图中用黄色标注的类型将在本文后面章节中将作详细分析.
1CRAH：计算机房空气处理装置，CRAC：计算机房空气调节装置 施耐德电气一数据中心科研中心 第132号白皮书版本03
数据中心制冷系统的节能冷却模式 为了公平地比较不同类型的节能冷却模式，应将一种节能冷却模式类型所需的制冷系统组件 >串联/并联 全部纳人考虑，比如，有时冷水机组里的板式换热器会被误认为是“节能冷却装置”，而实际上 它只是让制冷系统在节能冷却模式下运行的一个组件，此外还需要冷却塔，冷凝水泵、冷冻水泵 节能冷却模式可以按以下两种方式 中的一种配置：串联或并联.
即使在最冷的天气下也不可能，这就是为什么我们一般认为“数据中心节能冷却装置”是一种偏 在串联配置中，压缩机的旁通装置 颜的说法，而采用“制冷系统的节能冷却模式”作为更精确的表达.
（比如板式换热器）与压缩机串联 安装，这种配置利用热交换器“预 冷”空气或水，让压缩机部分转人 直膨式风冷冷站 旁通模式，减少压缩机的排热量， 以部分节能冷却模式节省相当数量 的压缩机能耗.
在并联配置中，热系的旁通装置以 作为空调的旁通 采用直接新风 采用空气换热器 作为空调的旁通 采用粘轮换热器 并联形式与热泵连接，这种配置不 作为空调的旁通 支持部分节能冷却模式，是一种 “要么全有要么全无”的方式，因 此不能以部分节能冷却模式节省能 耗.
无商发辅助 带系发辅助 无系发辅助 带斯发辅助 无两发辅助 带发辅助 风侧节能冷却模式 冷冻水冷站 采用热交换器作为 采用干式冷即器 作为风冷冷水机组 采用蒸发冷却器作为 采用内置热虹吸管作为 图1 冷水机组的旁通 11 的旁通 风冷冷水机组的考通 冷水机组压缩机的旁通 节能冷却模式的种类 1 并联 串联 并联 审联 并联 串联 ====== 风冷冷水机 乙二醇冷超冷站 采用次圾盘管作为 中作详组分析，因为它们支持部 黄色标注的模式将在后面的章节 压缩机CRAC的考通 分节能模式和隔发辅助制冷 带干式冷却器 带蒸发冷封器 水侧节能冷却模式 下面我们将分别介绍以上各种节能冷却模式，每种模式说明均首先列出该模式必需的组件（即， 完全不借助机械蒸发压缩），说明均设定为需要使用控制系统“.
采用直接新风作为空调的旁通 关键组件：风机，百叶、风门、过滤器，（在与蒸发辅助时还需要用到湿膜棉片和泵） 控割系统指调节系统运行的组件，比如在达到一定室外湿度时，关闭水或通风百叶.
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数据中心制冷系统的节能冷却模式 新风节能冷却模式（有时称作“直接通风”），当室外空气条件在设定值范围内时，利用风机和 百叶从室外经过过滤器抽取一定数量的冷风并直接送入数据中心，请参见图2.
百叶和风门可以控制热风排到室外的数量以及与数据中心送风的混合数量以保持环境设定温度.
尽管送风已经经过过滤，但是并不能完全消除微粒，比如防止烟雾和化学气体，进人数据中心.
这种类型的节能冷却模式也可以结合蒸发辅助一起使用，这样室外空气在进入数据中心前需要先 穿过潮湿的网状介质.
在气候干燥的地区，蒸发辅助可以使温度降低高达19°℃（35F），延长节 能冷却模式的可用时间.
这种制冷效果类似于一个人从大海中出来，感受到凉赋隐的海风，需要 注意的是，这种类型的节能冷却模式在结合蒸发辅助使用时会增加数据中心的湿度，因为直接送 入数据中心的新风会先经过蒸发环节.
蒸发辅助在干燥气候环境下优势最大，如果是较为潮湿的 天气环境，则应结合ROI（投资回报率）评估是否使用蒸发辅助，这种类型的节能冷却模式支持 在部分节能冷却模式下运行， 数据中心 图2 采用直接新风作为 空调的旁通 采用空气换热器作为空调的旁通 关键组件：风机、固定极式空气换热器，（在与蒸发辅助结合使用时还需要用到湿膜棉片和泵） 采用空气换热器作为空调旁通的模式（有时称作“间接通风”），当室外空气条件在设定值范围 内时，利用室外空气间接为数据中心制冷，这种模式使用风机将室外冷风吹到一组极或盘管上面， 冷却板或管的另一侧的数据中心内的热空气，将数据中心内的空气与室外空气完全隔离（请参见 图3a），这种类型的节能冷却模式也可以与发辅助结合使用，向板或管的外层喷水以便进一 步降低室外空气的温度，从而冷却数据中心内的热风.
和前面一种类型的节能冷却模式不同，这 里的蒸发辅助不会增加数据中心内的湿度，图3b展示的是带有蒸发辅助的空气换热器以及采用 这种类型节能冷却模式的完整制冷系统.
这种类型的节能冷却模式既能支持在完全节能冷却模式 下运行也支持在部分节能冷却模式下运行， 施耐德电气一数据中心科研中心 第132号白皮书版本05
