鄂爾多斯云計算數(shù)據(jù)中心規(guī)劃空調(diào)研究分析報告（數(shù)據(jù)中心工作專家組討論稿）1鄂爾多斯云計算數(shù)據(jù)中心規(guī)劃是以“云計算”技術為前提，立足目前技術現(xiàn)狀，考慮未來可能的技術發(fā)展，結合鄂爾多斯市資源優(yōu)勢和劣勢，站在整個園區(qū)整體的角度綜合權衡（綜合考慮整個園區(qū)在不同發(fā)展階段、及其各種業(yè)務類型并緊扣云計算這個主題）作出的。規(guī)劃時并沒有特別強調(diào)把整體PUE值作為衡量指標，而是希望通過能效比這樣的衡量方法促進數(shù)據(jù)中心的高效運行。但不論是PUE值還是能效比，都是一種后驗式衡量方法，前期的規(guī)劃只能設定一個目標，并不能做到與實際運行時嚴格保持一致。2制冷方案的選擇需區(qū)別機房內(nèi)和機房外，機房內(nèi)和機房外所使用的技術基本獨立，機房內(nèi)的服務器只要能得到所需要的冷風，并不介意機房外采用什么方式得到冷風。常見成熟機房空調(diào)制冷技術大致有3種，（1） 直接利用空氣循環(huán)將冷風送入機房內(nèi)，與傳統(tǒng)的家庭用空調(diào)原理一致。此稱“風冷機組”；（2） 利用冷媒將熱帶出機房外，在室外將冷媒降溫再循環(huán)回室內(nèi)。根據(jù)室外冷卻方式分為兩種：a） 利用風機將冷媒帶出的熱帶走，此稱作“風冷式冷液機組”；b） 利用水塔蒸發(fā)將冷媒帶出的熱帶走，此稱作“水冷式冷液機組”。3不論是從實作角度、業(yè)務類型角度、核心技術角度來看，現(xiàn)在所提的云計算與傳統(tǒng)的DC主機托管業(yè)務都有區(qū)別。從技術上講，IDC主機托管是非常低端的一類業(yè)務，它在未來相當長時間內(nèi)仍然會很有市場，但無法與云計算技術提供的服務、解決的問題相比擬。自然，在能耗上、運行效率上也會相對較差。4任何工程領域的技術革新、技術改進，總會伴隨相應的代價一一或者帶來建設/運行成本的增加，或者帶來穩(wěn)定性可靠性方面的問題，等。工程建設只能重點考慮1，2個關鍵制約因素前提下兼顧其他方案的優(yōu)選來做設計。大型數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)對應冷源形式的方案分析風冷自然冷卻型與水冷型主機對比分析根據(jù)“云計算”的發(fā)展，大型數(shù)據(jù)中心建設的發(fā)展趨勢體現(xiàn)為“集中性”和“高可靠性”和“綠色節(jié)能性”。為了給為大型服務器的提供穩(wěn)定的空調(diào)溫度工作環(huán)境，大型和超大型數(shù)據(jù)機房采用冷凍水型的精密空調(diào)或者直接冷卻型盤管的綜合優(yōu)勢較明顯。以下就機房的冷源形式做方案分析。機房集中冷源形式常采用方式為水冷式冷源或者風冷式一體機冷源，并考慮節(jié)能，盡可能地利用自然界的冷源能量（冬季低溫時采用自然冷卻模式）.

主要內(nèi)容風冷式自然冷卻一體機形式水冷式冷源主機形式備注系統(tǒng)組成主機多臺風冷主機多臺水冷主機T4機房，機組米用2N的冷源備用配置方案夏季冷卻設備主機的風冷冷凝器直接和空氣換熱主機通過水冷冷凝器+冷卻水泵+冷卻塔和空氣換熱冷量儲存蓄冷罐蓄冷罐蓄冷量在15分鐘左右冷凍水輸送冷凍水泵冷凍水泵冬季自然冷卻米用機組一體式的干冷器和板換實現(xiàn)制冷采用冷卻塔+板換實現(xiàn)制冷冬季冷塔運行臺數(shù)為夏季的2倍冷卻塔冬季低溫冷效下降50%以上，冷卻水存儲不需要市政供水需要市政供水為單點水源運行模式夏季機械制冷機械制冷環(huán)境溫度15OC以上過渡季（春秋）自然冷卻和機械制冷無縫切換機械制冷環(huán)境溫度15OC到0OC區(qū)間冬季完全自然冷卻自然冷卻環(huán)境溫度6OC以下可靠性系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)簡單，故障率低成熟可靠的一體機定型產(chǎn)品系統(tǒng)復雜，多了一套冷卻水系統(tǒng)和冬季時面臨水塔的冷卻水和空氣接觸的防凍問題，故障點多風冷機組的技術現(xiàn)在可以在高溫下運行，中東地區(qū)運用廣泛運行操作難易程度操作簡單，閉式系統(tǒng)，免運維操作復雜，開式水系統(tǒng)（冷卻塔和冷卻水空氣接觸），需要定期投藥，清洗冷塔和水冷機組冷凝器冷卻塔的填料需要定期更換，接水盤需要定期換水，維護量大運行效率夏季效率一般效率高環(huán)境溫度15OC以上過渡季效率高，可以實現(xiàn)部分自然冷卻效率一般無法實現(xiàn)部分自然冷卻水冷機組冬季效率更高，氣溫越低制冷效率越高效率較高，但是冷塔自然冷卻效率不會隨氣溫下降而增加，以及水塔耗電較大，加防凍電板熱耗電因為冷塔換熱必須保證濕球溫度高于0OC場地安裝可以屋頂，花園機房內(nèi)復雜。冷卻水蒸發(fā)，補水量大，冬季開式水系統(tǒng)的防凍問題風冷自然冷卻機組更有優(yōu)勢。并模塊化在線擴容適用條件缺水地區(qū)，，北方地區(qū)水源充沛地區(qū)，南方地區(qū)運維水冷復雜，可靠性差自控標準定型產(chǎn)品，自控簡單輔助設備較多，自控系統(tǒng)復雜水冷可靠性低擴展IT負荷增加機組室外放置，風冷機組模塊化擴展，簡易方便很難擴展擴容，調(diào)整較麻煩滿足用戶負荷從初期較小到逐年增加需要風冷自然冷卻一體機組簡介室外機配置數(shù)據(jù)中心機房負荷特點為全年24h運行供冷，且負荷基本無變化，我們使用帶自然冷卻的風冷冷水機組制冷的空調(diào)系統(tǒng)，在冬季或者過渡季節(jié)可采用節(jié)能運行模式一一自然冷卻，節(jié)約運行費用并達到節(jié)能的目的。

帶自然冷卻的風冷一體冷水機組：風冷機組可直接安放于屋頂或其他室外空間，省去了水冷式冷水機組所必備的冷卻塔、冷卻水泵及冷卻水管路系統(tǒng)。自然冷卻指的是在低環(huán)境溫度時可以不必啟動壓縮機，利用外氣溫度自然冷卻換熱提供冷凍水，從而節(jié)約運行費用，切換過程完全自動控制，不需要人工干預。自然冷卻在制冷中所占的比例FREE-GOCLINGR￡FPlGERA2OK￡lUECCAlMlCAMECHAAI/OllCgL脆-5 0 5 ID~EMFE=tATURAARIAESIERNA口L/FMRA號THWPgJURE口舌衛(wèi)口ux由上圖可知，在室外環(huán)境溫度＜13r時，自然冷卻部分開啟，隨著室外環(huán)境溫度的降低，自然冷卻在制冷中所占的比重逐步增加，到室外環(huán)境溫度低于2°C后，制冷完全采用自然冷卻運行，壓縮機不必開啟，此時節(jié)能效果最為顯著。自然冷卻運行的節(jié)能率A^IUJW◎EEn,?擊備33&<d2J￡E54州30自然冷卻運行的節(jié)能率A^IUJW◎EEn,?擊備33&<d2J￡E54州30■5 & i 10TE狷FERATURAAF14E5TEHNADUTDONA識TEMPERATE施15由上圖可知，隨著室外環(huán)境溫度的降低，使用自然冷卻功能時間增長，節(jié)能比例逐步增加，到低于2C后，節(jié)能率達到95%以上。風冷自然冷卻三種工況原理圖帶自然冷卻的風冷機組可以根據(jù)供水溫度設定值和空氣溫度實現(xiàn)全自動運行，完全實現(xiàn)無縫切換運行。安全、高效、節(jié)能。1-夏季工況：（傳統(tǒng)機械制冷）2-過渡季工況：（部分自然冷卻）3-冬季低溫工況：（全部自然冷卻）風冷自然冷卻機組實際運行照片和結構示意圖（googl香港數(shù)據(jù)中心）安裝運維簡單，可靠性極高三種最新空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方案T4空調(diào)傳統(tǒng)設計：采用中央空調(diào)+冷R水機房空調(diào)系統(tǒng)圖<rNUt七川水1-Jlftri空調(diào)系統(tǒng)介2*冷功刑冷毒機版一路傳統(tǒng)水冷。一路風冷自然冷卻?優(yōu)勢：T4空調(diào)優(yōu)化設計一風冷自然之二Miff?*冷4仰JiB節(jié)省一路水塔。冬季采用風冷自然冷比水冷采用水塔加板換省電。運維簡單，耗水減少T4空調(diào)優(yōu)化設計二兩路均采用風冷自然冷卻機組優(yōu)勢：免水塔，無水設計室外溫度低于回水二度開啟自然冷卻部分系統(tǒng)，節(jié)能關于計算的幾個問題第一個問題：改成風冷機組，用水量可以認為是0，不存在還需500T/天的需求。故水費減少應該是5400X365X3.5=6898500元，實際運行成本增加30274560-6898500=23376060元/年即原來的計算多了約100萬元/年。第二個問題：按照原文中的假定：風冷式冷液機組耗電占服務器總功耗比為0.6-0.12(各種損耗)-0.10(UPS)=0.38，即文中認為水冷式冷液機組的功耗應占服務器總功耗的38%；水冷式冷液機組耗電占服務器總功耗比為0.48-0.12(各種損耗)-0.10(UPS)=0.26，即文中認為水冷式冷液機組的功耗應占服務器總功耗的26%；即：風冷式冷液機組比水冷式冷液機組在能耗上多出12%。我們認為，風冷式冷液機組的功耗占服務器總功耗的比例至少應該可以做到0.31。風冷式冷液機組的耗電量增加不應該是12%而是5%。由此算得，年增加的用電成本應該是96000X0.05X24X365X0.3=12614400，按水價3.5計算用水成本減少5400X3.5X365=6898500，總費用增加：12614400-6898500=57159000如果按水價7.0元計算，用水成本減少5400X7.0X365=13797000，總費用增加12614400-13797000=-1182600【即可節(jié)省100萬元左右】。***PUE值算法①其它及未可預知消耗 ②ups功耗 ③空調(diào)系統(tǒng)功耗 ④服務器總功耗=1.56PUE~服務器總功耗X01C+服務器總功耗X0.1+服務器總功耗X0.34+服務器總功耗X1=1.56服務器總功耗其中，各家爭議最大的就在于第③項一一空調(diào)系統(tǒng)功耗占服務器總功耗的比例。第③項的內(nèi)容與所選用的技術類型，設備廠家、設備型號、管理手段、機房布局、業(yè)務類型都有相關。這個值，我們實際測得是0.27，這里計算使用的是0.31。在規(guī)劃時使用了比0.31更高的值0.34，是為了保證電力的供應規(guī)劃足夠安全。如果再考慮到風冷自然冷卻在冬季，春季，秋季均比水塔式更節(jié)省耗電，以及運維費用幾乎為零，我們結論在北方地區(qū)風冷自然冷卻更有前景第三個問題：云計算數(shù)據(jù)中心僅單純從建設角度考察運行/建設成本是不完備的，應把運行成本的增加與具體業(yè)務類型聯(lián)系起來考慮，比如，同樣是主機托管機房，有的機房托管的是面向個人等低端用戶的單服務器托管業(yè)務，而有的機房則是面向銀行、保險業(yè)等高端用戶的主機托管業(yè)務，這兩種類型的業(yè)務收費，即利潤水平的差別非常大，高利潤業(yè)務對托管機房提出特殊需求應屬正常，相應地，增加一些運行和建設成本，也符合實際。五、 關于占地占地面積問題:風冷式冷液機組可能會比水冷式冷液機組占有機房少的很多。更有優(yōu)勢。(取決于機房內(nèi)服務器裝機密度、設備廠商、型號的選擇、裝機成本等因素)。六、 可靠性問題：水塔系統(tǒng)比較復雜，設計自控電路較多，閥門切換，需要專業(yè)人員完成，而且水塔和機組對回水水溫進行限制，冬季容易造成停機保護。供水系統(tǒng)和閥門是最大隱患，一旦停電或停水，整個空調(diào)系統(tǒng)全部停機，造成機房瞬間過熱，在我們專家組對中國各大部委金融系統(tǒng)大型IDC調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，過去幾年里80%造成空調(diào)停機的原因均由于水塔或供水問題造成。。七、 關于風冷式冷液機組和水冷式冷液機組的比較以上計算只是基于一些假定條件下做的一種估計，實際情況并不能通過嚴格精確的理論計算得到。事實是：風冷式冷液機組和水冷式冷液機組的運行條件是不一樣的，風冷機組更容易通過控制風機的起停實現(xiàn)精細化的節(jié)能控制。因此，查看別人的經(jīng)驗和學術研究文章應更有參考價值。1、/shopdetail/article/20110507-465567.html美國特靈公司曾做過水冷離心式冷液機組和風冷離心式冷液機組在全負荷和部分負荷時的耗電量比較，現(xiàn)將該比較結果［以制冷量1160kw(330USRrt)為基礎］整理列出如下表，供參考。HM皿3051145如F160ihIE—H一旬+一