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腾讯数据中心制冷节能的十八般武艺——下

2014-11-20 14:36:00 来源:腾讯数据中心

三、数据中心Data Center制冷节能技术现状与趋势

1、海水自然冷却,位置为功能服务

Green Mountain Data Center:

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位于挪威西南角,常年利用8℃的深层海水(75米以下),对数据中心Data Center进行制冷散热冷却。不一样水温密度差造成了的自然冷源,使得该数据中心Data CenterPUE低于1.2,同时WUE(WaterUsage Effectiveness)也近乎于0的水平。

冷站内主要包括换热器和水泵、管路,采用了2N的配置保障可靠性要求,如图:

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GreenMountain Data Center冷站情况

有意思的是,该数据中心Data CenterIT机房内高密设备采用了类似微模块的解决方案,甚至同样采用了列间空调水平送风的方式,如下图:

GreenMountain Data Center模块化末端

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采用热通道封闭,可能原因有两方面:1、回风温度较高,提高末端换热效率;2、由于建设在山体内,隔热保温优良,环境为冷通道冷量消耗小。

总体来讲,Green Mountain DataCenter的典型特征就是自身的位置为功能(制冷节能)服务。

2、直接或间接自然冷却,组件为功能服务

风侧自然冷却的两个案例:

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风侧自然冷解决方案1

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风侧自然冷解决方案2

上述的两个案例有兴趣的朋友可以查看视频介绍,它们的特点就是取消了水系统,采用直接或间接的风侧自然冷却。左边的解决方案室外新风进机房,右边的则是间接换热不交换质量。

其中,左侧的解决方案采用了分离式的框架设计,风机、蒸发盘管、压缩机分体设计,根据室外温度和室内热源情况,各个组件动态调节。当压缩机关闭室外新风进入机房时,蒸发盘管通过机械件自行旋转,以减少风机功耗。

其中,右侧的解决方案采用了转轮的方式(又名Kyoto转轮),理论上室内外空气“no direct contact, no mixture nor leakage”,可以避免新风进机房冷凝水的问题。转轮的组件设计、颗粒度大小、布局方式都会直接影响到数据中心Data Center制冷节能的效果。

总体来讲,上述的两种案例的典型特征就是自身的组件为功能(制冷节能)服务。

3、建筑中空设计及水冷服务器,建筑为功能服务

OVH案例:

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OVH水冷服务器

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OVH中空建筑单体

数据中心Data Center3路供电,其中一路就近来自附近的水电站。36幢模块化的建筑单体,每个单体容纳10000台服务器。如图,建筑单体中空设计。

围墙式的中空设计的好处,在于能够更好的利用风侧自然冷却。建筑本身构成了风道,也便于配置更大的风机,降低转速,节省能耗。中间空地布置蓄冷罐、干式冷凝器,利于配置平衡的水路系统。

定制的水冷服务器,高温冷却水(35℃左右)带走其服务器CPU的热量。冷却水由每配置的机柜级水分配单元输送至每台服务器。不难想到,如此多的服务器将会需要大量的管路布置,中空的建筑设计,此时更好的体现了其功能性。

总体来讲,OVH的这个机房的典型特征就是建筑为功能(制冷节能)服务。

4、余热回收吸收式制冷,能源为功能服务

三联供解决方案:

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三联供示意图

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吸收式制冷机

三联供主用能源来自于天然气管网,备用能源为储气罐装置,第二备用能源为城市电网,本身的能源稳定性较高。其中,供冷的能量来源之天然气燃烧产生的高温余热。相比于常规意义上的数据中心Data Center制冷节能,这种能源阶梯利用的思路,也不失为一种很好的解决方案。

它的制冷核心吸收式制冷机(absorptionchiller)技术也较为成熟。与压缩式制冷机不一样,它采用吸收器和发生器代替了压缩机,利用外部热量对发生器进行加热使其溶液中的制冷剂气化,而吸收器则是利用浓溶液来吸收来自于蒸发器的制冷剂蒸气。这就要求两种液体一定要具有很好的互溶性且沸点差异较大,通常低沸点的水作为制冷剂,高沸点的溴化锂作为吸收剂。如下图所示:

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吸收式制冷机组原理图

总体来讲,三联供的典型特征就是能源为功能(制冷节能)服务。

小结

以上分享了几个有特色的数据中心Data Center制冷节能解决方案,观点仅有一个:功能先行,数据中心Data Center制冷节能法门。

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数据中心Data Center制冷现状与趋势小结

四、数据中心Data Center未来制冷节能的一部分看法

在讨论未来制冷节能解决方案前,一定要正视国内的实际情况,如下图就不展开来叙述了。

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国内功能先行困局的原因

尽管条件受限,不过回顾腾讯数据中心Data Center,可以发现有意无意间,功能先行一路引领数据中心Data Center研究方向:

1、位置为功能服务,抽水蓄能电站、湖水冷却调研;

2、组件为功能服务,微模块的计算机应用就是典型组件为功能服务的例子,取消了传统的空调间,精密空调加地板下送风的搭配,采用水平就近送风的方式;

3、能源为功能服务,某数据中心Data Center便采用了三联供的设计,利用余热回收的吸收式冷机为机房制冷服务。

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腾讯在功能先行方向上的探索和实践

数据中心Data Center制冷节能,一定要要服务于业务IT侧,而目前看到的业务IT侧趋势——高温化、资源池化、定制化,都对制冷技术起到了指导性的作用,如下图所示:

基于业务,对数据中心Data Center制冷技术的思考

前面说了在国内现实情况下腾讯所做的努力和工作,以及基于业务IT侧趋势的思考,下面以两个具体的实施解决方案为例,设想一下未来数据中心Data Center可能用到的制冷技术。

实施解决方案设想一:间接蒸发冷却+直接新风的组合机

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间接蒸发冷却组合机

该实施解决方案实际上集中体现了位置、组件以及建筑为功能服务的思路,不过其颗粒度、布局以及关键部件需要结合不一样公司的实际业务颗粒度、IT负载以及空气环境进行深度定制。在腾讯未来的制冷节能探索中,可能也会在这个方向上做一部分工作,包括在组合机中集成直接新风、间接风风换热、间接蒸发自然冷却等更多功能的尝试。

实施解决方案设想二:制冷剂泵循环两相蒸发自然冷却

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制冷剂泵循环两相蒸发自然冷却

采用制冷剂泵循环利用低温自然冷源取消压缩机工作,制冷剂在室外冷凝放热,在室内蒸发器蒸发吸热,制冷剂泵主要做工克服管路压力损失。

类似于带动力的热管或者理解为水系统板换自然冷却的升级版。不过,相比于热管,采用蒸发式冷凝器可以更加延长节能运行时长,而且管路布置灵活性大幅增加。相比于水系统,换热效率更高,较小体积获得更大的制冷效果。

上述的两种实施设想,针对不一样的使用场合,对于场地开阔的新建数据中心Data Center适合间接蒸发以及直接新风的组合机,而对于场地受限、空气质量不佳的数据中心Data Center则可以考虑适应性和兼容性更好的泵循环自然冷却。

以上是对于数据中心Data Center制冷节能的一部分看法,在这个螺旋上升的细分领域上,也许切入点不一样而看似差异较大,但相信最后的逻辑还是一样的,最终实现制冷节能的目的。