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01目標和概述

傳統數據中心存在局部熱點難以消除、傳熱效率低、制冷系統能耗大等缺點，帶來了大量的溫室氣體排放，消耗了大量的水資源。隨著云計算、大數據、5G等新興技術的落地，數據中心流量急劇增長，IDC的發展從服務器機房向大型超大規模部署演進。然而，我國已建成運行的數據中心能耗普遍較高，年耗電量約占全社會用電量的2%。因此，發展綠色數據中心，努力實現能源效率最大化和環境影響最小化迫在眉睫。

建設綠色數據中心是構建新一代信息基礎設施的重要任務，是保障資源環境可持續的基本要求。如何提供更高效的資源使用效率和高質量的算力，“全新風自然冷卻模塊”是安瑞可給出的解決方案。

“全新風自然冷卻模塊”聚焦綠色節能技術，采用新風+蒸發制冷模式，直接將室外溫度適宜的冷空氣引入室內，使得室外冷風與室內熱風進行換熱從而帶走數據中心的熱量，降低其溫度。冷熱氣流雙遏制，出色的制冷效率可使全年平均PUE降至1.1以下，不僅可以節省電能成本、建筑成本和水系統成本，也提升了環境效益。

02解決方案介紹

2.1　系統架構

（1）進風閥

通過PLC控制的高可靠性電動閥門，在外界空氣溫濕度及空氣質量符合進風要求時，開啟進風閥，直接引入外部自然冷源給模塊降溫。

（2）過濾器

G2級別的初效過濾器，可以濾除空氣中的粉塵等雜質，F8級別的中效過濾器，則可以有效過濾空氣中的化學污染物，有效保護IT設備，免受硫化物和氮氧化物的侵蝕。過濾器前后的壓差傳感器，則可以對過濾器的更換做出預警。

（3）蒸發冷卻系統

模塊配置4級蒸發冷卻裝置，當純新風無法滿足制冷需求時，自動根據需要開啟適當級別的濕膜加濕器，在保證設備運行濕度的前提下，通過水的蒸發帶走多余熱量。

（4）風機

12個EC風機，每小時最高可產生117600立方米的風量，用最小的能耗，把滿負荷運行時產生的350kW熱量迅速持續的帶出模塊。

（5）混風閥

當外界空氣濕度升高超過限定時，可打開混風閥，將排出的熱空氣與外界空氣混合，以降低濕度。

（6）機柜

既可以使用完整的52U 19英寸IT機柜，保留傳統機房的觀感，也可以直接使用更簡單的開放式機架，在模塊的層級來管理設備。

（7）排風閥

需要時可以完全關閉排風閥，隔絕模塊內外的空氣。

（8）配電系統

模塊支持2N配電，通過兩端的配電柜，將關鍵電力，輸出到母線，繼而分配到各個機柜。機柜后部配置兩個智能PDU（可選開關型），實現對用電的精細化管理。

2.2　直接新風加蒸發制冷技術介紹

直接新風，是指直接把機房設計成開放式環境，利用外界環境空氣帶走熱量，這是解決服務器熱量的全新方式。

外界的環境溫度都是不固定的，所以在一些特殊環境溫濕度情況下，采用新風加蒸發制冷的方式進行降溫或者增濕。

當然這個也不是一個簡單的新風，自然風進入機房將熱量帶出的同時也需要考慮外界環境的溫度與濕度。在溫度過高或過低、濕度過高或過低的情況下如何在不同環境的工況下能保障不結露，并保障服務器在廠商提供的允許工作工況下進行工作。

此技術根據外界環境和負載情況有三種工作情況：

（1） 新風模式（如圖1所示）

• 外界環境空氣的溫濕度在允許范圍內，不需要做任何控制，外界環境空氣進風服務器直接把熱帶走，熱直接排入外界環境中。如果是模塊放室內，需要把熱排到室外。

• 外界溫度過高，使用蒸發制冷降溫，使溫度降到允許范圍內，同時濕度升高但也在允許范圍內。

• 外界濕度過低，使用蒸發制冷加濕，但溫度減低的同時也可以控制在允許范圍內。

（2）混風模式（如圖2所示）

• 利用熱回風做升溫

• 利用熱回風做除濕

（3）純內循環模式（如圖3所示）

外界溫度比較冷，并且負載不大的情況下，所有進風、排風閥關閉。全部內循環模式。

另外，此三種模式具有以下特點：

• 均可添加輔助機械制冷（水冷和DX），在一些特定工況下，可以單獨使用機械制冷；

• 均使用冷熱通道全部封閉模式，有很好的氣流管理模式，并且氣密性非常好；

• 全國大部分地區可以50%以上時間可以使用新風模式，PUE可以做到1.15左右。

數據中心直接新風制冷技術是國內全新的一種技術，利用綠色的自然風帶走服務器的熱量，同時可以根據不同地帶的氣候條件通過利用蒸發制冷或者機械制冷來控制服務器進風端的溫濕度。

該技術經過兩年多測試，在一些項目的應用效果表現優良，希望以后能在更多的數據中心和IT機房應用，為邊緣計算解決方案的發展貢獻一份力量。

03代表性及推廣價值

（1）應用情況

“全新風自然冷卻模塊”目前已應用的案例：蒙大拿大學（美國）、ABC聯邦大學（巴西圣保羅）、歐洲核子研究組織（芬蘭卡亞尼）、GIGA數據中心（美國夏洛特）、法國氣象局。模塊化數據中心獲得了Tier ReadyⅢ認證。

（2）經濟效益

傳統數據中心的PUE通常在1.6左右，全新風自然冷卻模塊利用直接新風+蒸發冷卻技術，可將PUE降至1.1以下。對于1kW的有效IT負載，總耗電量可以從1.6kW降至1.1kW，非IT耗電從0.6kW降至0.1kW，大幅降低了電能消耗。通過減少80%的能源損耗，降低碳排放。

（3）商業價值

工廠預制化出貨，現場只需簡單組裝即可投入使用，有效縮短數據中心建設周期，簡化數據中心運維，提升工程質量，相對于傳統數據中心可節省約30%運營成本。模塊化設計，可根據實際需求增減模塊，可擴展性強。單機柜可實現5kW~35kW，釋放更多算力，可將100kW的電用到IT負載上，相比傳統產品的電能利用率可提高40%以上。

摘自《自動化博覽》2019年增刊《邊緣計算2019專輯》