腾讯数据中心制冷节能的十八般武艺——下

(本文内容接《腾讯数据中心制冷节能的十八般武艺——上》

(备注:图片带播放图标的均有视频介绍,视频链接为:

http://v.qq.com/vplus/51389fdde8883a85bcfe344f11a106c5/foldervideos/em6000001jms4px, 视频搬运来自youtube)

三、数据中心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:

位于挪威西南角,常年利用8℃的深层海水(75米以下),对数据中心进行制冷散热冷却。不同水温密度差导致的自然冷源,使得该数据中心PUE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:

GreenMountain Data Center冷站情况

有意思的是,该数据中心IT机房内高密设备采用了类似微模块的方案,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

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:

风侧自然冷方案1

风侧自然冷方案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:

OVH水冷服务器

OVH中空建筑单体

数据中心3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

三联供方案:

三联供示意图

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。与压缩式制冷机不同,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。这就要求两种液体必须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:

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制冷节能方案,观点只有一个:功能先行,数据中心制冷节能法门。

数据中心制冷现状与趋势小结

四、数据中心未来制冷节能的一些看法

在讨论未来制冷节能方案前,必须正视国内的实际情况,如下图就不展开来叙述了。

国内功能先行困局的原因

虽然条件受限,但是回顾腾讯数据中心,可以发现有意无意间,功能先行一路引领数据中心研究方向:

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。

腾讯在功能先行方向上的探索和实践

数据中心制冷节能,必须要服务于业务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方案为例,设想一下未来数据中心可能用到的制冷技术。

实施方案设想一:间接蒸发冷却+直接新风的组合机

间接蒸发冷却组合机

该实施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,但是其颗粒度、布局以及关键部件需要结合不同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些工作,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。

实施方案设想二:制冷剂泵循环两相蒸发自然冷却

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。但是,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,针对不同的使用场合,对于场地开阔的新建数据中心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制冷节能的一些看法,在这个螺旋上升的细分领域上,也许切入点不同而看似差异较大,但相信最后的逻辑还是一样的,最终实现制冷节能的目的。(本文已完)

版权声明:本文为腾讯数据中心原创,版权均属“深圳市腾讯计算机系统有限公司”所有,未经官方授权,不得使用。

本文部分图片来自互联网,如果涉及到版权问题,请联系serenadeyan@tencent.com。

原文发布于微信公众号 - 腾讯数据中心(Tencent_IDC)

原文发表时间:2014-11-20

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