机房空调选用风冷和水冷比较

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1、鄂尔多斯云计算数据中心规划空调研究分析报告（数据中心工作专家组讨论稿）1鄂尔多斯云计算数据中心规划是以“云计算”技术为前提，立足目前技术现状，考虑未来可能的技术发展，结合那尔多斯市资源优势和劣势，站在整个园区整体的角度综合权衡（综合考虑整个园区在不同发展阶段、及其各种业务类型并紧扣云计算这个主题）作出的。规划时并没有特别强调把整体PUE值作为衡最指标，而是希望通过能效比这样的衡宾方法促进数据中心的高效运行。但不论是PUE值还是能效比，都是-种后验式衡量方法，前期的规划只能设定一个目标，并不能做到与实际运行时严格保持一致。2制冷方案的选择需区别机房内和机房外，机房内和机房外所使用的技术基本独立，

2、机房内的服务器只要能得到所需要的冷风，并不介意机房外采用什么方式得到冷风。常见成熟机房空调制冷技术大致有3种，（1）直接利用空1循环将冷风送入机房内，与传统的家庭用空调原理一致。此称“风冷机组”；（2）利用冷媒将热带出机房外，在室外将冷媒降温再循环回室内。根据室外冷却方式分为两种：a）利用风机将冷媒带出的热带走，此称作“风冷式冷液机组”；b）利用水塔蒸发将冷媒带出的热带走，此称作“水冷式冷液机组”。3不论是从实作角度、业务类型角度、核心技术角度来看，现在所提的云计算与传统的IDC主机托管业务都有区别。从技术上讲，IDC主机托管是非常低端的一类业务，它在未来相当长时间内仍然会很有市场，但无法与云

3、计算技术提供的服务、解决的问题相比拟。自然，在能耗上、运行效率上也会相对较差。4任何工程领域的技术革新、技术改进，总会伴随相应的代价一一或者带来建设/运行成本的增加，或者带来稳定性诃靠性方面的问题，等。工程建设只能重点考虑1,2个关键制约因素前提下兼顾其他方案的优选来做设计。大型数据中心精密空调对应冷源形式的方案分析风冷自然冷却型与水冷型主机对比分析根据“云计算”的发展，大型数据中心建设的发展趋势体现为“集中性”和“高可靠性”和“绿色节能性”。为了给为大型服务器的提供稳定的空调温度工作环境，大型和超大型数据机房采用冷冻水型的精密空调或若直接冷却型盘管的综合优势较明显。以下就机房的冷源形式做方案

4、分析。机房集中冷源形式常采用方式为水冷式冷源或者风冷式一体机冷源，并考虑节能，攻可能地利用自然界的冷源能量（冬季低温时采用自然冷却模式）.主要内容风冷式自然冷却一体机形式水冷式冷源主机形式备注系统组成主机多台风冷主机多台水冷主机T4机房，机组采用2N的冷源备用配置方案夏季冷却设备主机的风冷冷凝器直接和空气换热主机通过水冷冷凝器+冷却水泵+冷却塔和空气换热冷量储存蓄冷雄蓄冷ta蓄冷量在15分钟左右冷冻水输送冷冻水泵冷冻水泵冬季自然冷却采用机组一体式的干冷器和板换实现制冷采用冷却塔+板换实现制冷冬季冷塔运行台数为夏季的2倍冷却塔冬季低温冷效下降50%以上，冷却水存储不需要市政供水需要市政供水为单点

5、水源运行模式夏季机械制冷机械制冷环境温度15。以上过渡季（春秋）自然冷却和机械制冷无缝切换机械制冷环境温度15。（3到（TC区间冬季完全自然冷却自然冷却环境温度6C以下可靠性系统可靠性系统简单，故障率低成熟町靠的一体机定型产品系统复杂，多了一套冷却水系统和冬季时面临水塔的冷却水和空（接触的防冻问题，故障点多风冷机组的技术现在可以在高温卜运行，中东地区运用广泛运行操作难易程度操作简单，闭式系统，免运维操作复杂，开式水系统（冷却塔和冷却水空气接触），需要定期投药，清洗冷塔和水冷机组冷凝器冷却塔的填料需要定期更换，接水盘需要定期换水，维护量大运行效率夏季效率一般效率高环境温度15C以上过渡季效率高，

6、可以实现部分自然冷却效率一般无法实现部分自然冷却水冷机组冬季效率更高，（温越低制冷效率越高效率较高，但是冷塔自然冷却效率不会随气温卜.降而增加，以及水塔耗电较大.加防冻电板热耗电因为冷塔换热必须保证湿球温度高于oc场地安装可以屋顶，花园机房内复杂。冷却水蒸发，补水量大，冬季开式水系统的防冻问题风冷自然冷却机组更有优势。并模块化在线扩容适用条件缺水地区，北方地区水源充沛地区，南方地区运维水冷殳杂，可棠性差自控标准定型产品，自控简单辅助设备较多，自控系统复杂水冷可.靠性低扩展IT负荷增加机组室外放置，风冷机组模块化扩展，简易方便很难扩展扩容，调整较麻烦满足用户负荷从初期较小到逐年增加需要风冷自然冷

7、却一体机组简介室外机配置数据中心机房负荷特点为全年24h运行供冷，且负荷基本无变化.我们使用带门然冷加的风冷冷水机组制冷的空调系统，在冬季或者过渡季节可采用节能运行模式一一自然冷却，节约运行费用并达到节能的目的。带自然冷却的风冷一体冷水机组：风冷机组可直接安放于屋顶或其他室外空间，省去了水冷式冷水机组所必备的冷却塔、冷却水泵及冷却水管路系统。自然冷却指的是在低环境温度时町以不必启动压缩机，利用外气温度自然冷却换热提供冷冻水，从而节约运行费用，切换过程完全自动控制，不需要人工干预。自然冷却在制冷中所占的比例0*)1UJgwooysFREE-COOLINGEFRIOERAZIOSIEMECCANI

8、CAMECHAMCALCOOINGTEMFSRATLR/iARIAE5TERNAOLTCOCRAiRTEVPRATjRt.w-S051015TEMPFRATURAARAK-EPKIA(十CUT300R8孔您由上图可知，在室外环境温度13C时，自然冷却部分开启，随着室外环境温度的降低，自然冷却在制冷中所占的比垂逐步增加，到室外环境温度低于2C后，制冷完全采用自然冷却运行，压缩机不必开启，此时节能效果最为显著。自然冷却运行的节能率使用自然冷却功能时间增长，节能比例逐步增加,由上图可知，随着室外环境温度的降低，到低于2C后，节能率达到95%以上。风冷自然冷却三种工况原理图带自然冷却的风冷机组可以根据

9、供水温度设定值和空气温度实现全自动运行，完全实现无缝切换运行。安全、高效、节能。1-夏季工况：（传统机械制冷）2-过渡季工况：（部分自然冷却）3冬季低温工况：（全部自然冷却）风冷自然冷却机组实际运行照片和结构示意图（googl香港数据中心）安装运维简单，可靠性极高三种最新空调系统优化方案T4空调传统设il:采用中央空调+冷T4空调优化设计二由Mf均采用网冷n然冷加机凯T4空调优化设计-.f传象水冷.一期E自佑冷却优势，节省一水塔电.少:1睥1T虹！回5|“|二.MMMM”?.,(Wi免水塔.无水没计室外IH水二度开启n然冷却胡分系统.vtt关于计算的几个问题第一个问题：改成风冷机组，用水量可以

10、认为是0.不存在还需500T/天的需求。故水费减少应该是5400X365X3.5=6898500元，实际运行成本增加30274560-6898500=23376060元/年即原来的计算多了约100万元/年。第二个问题：按照原文中的假定：风冷式冷液机组耗电占服务器总功耗比为0.6-0.12(各种损耗)-0.10(UPS)=0.38,即文中认为水冷式冷液机组的功耗应占服务器总功耗的38%：水冷式冷液机组耗电占服务器总功耗比为0.48-0.12(各种损耗)-0.10(UPS)=0.26.即文中认为水冷式冷液机组的功耗应占服务器总功耗的26%：即：风冷式冷液机组比水冷式冷液机组在能耗上多出12%o我们

11、认为，风冷式冷液机组的功耗占服务器总功耗的比例至少应该可以做到0.31。风冷式冷液机组的耗电量增加不应该是12%而是5%由此算得，年增加的用电成本应该是96000X0.05X24X365X03=12614400,按水价3.5计算用水成本减少5400X3.5X365=6898500,总费用增加:12614400-6898500=5715900o如果按水价7.0元计算，用水成本减少5400X7.0X365=13797000.总费用增加12614400-13797000=1182600【即可节省100万元左右】。PUE值算法1尺及可预加泊ziPPS空调统功就国眼务学。功，IPUE幻=1.56血务器总

12、功住服务器以或耗X有+总器总功桂X0或+&务器总功标X1.0、服务器忌功耗其中，各家争议最大的就在于第项一一空调系统功耗占服务器总功耗的比例。第项的内容与所选用的技术类型，设备厂家、设备型号、管理手段、机房布局、业务类型都有相关。这个值，我们实际测得是0.27,这里计算使用的是0.31。在规划时使用了比0.31更高的值0.34,是为了保证电力的供应规划足够安全。如果再考虑到风冷自然冷却在冬季，春季，秋季均比水塔式更节省耗电，以及运维费用几乎为零，我们结论在北方地区风冷自然冷却更有前景第三个问题：云计算数据中心仅单纯从建设角度考察运行/建设成本是不完备的，应把运行成本的增加与具体业务类型联系起来

13、考虑，比如，同样是主机托管机房，有的机房托管的是面向个人等低端用户的单服务器托管业务，而右的机房则是面句银行、保险业等高端用户的主机托管业务，这两种类型的业务收费，即利润水平的差别非常大，高利润业务对托管机房提出特殊需求应属正常，相应地，增加一些运行和建设成本，也符合实际。五、关于占地占地面积问题：风冷式冷液机组可能会比水冷式冷液机组占有机房少的很多。更有优势。(取决于机房内服务器装机密度、设备厂商、型号的选择、装机成本等因素)。六、可毒性问题：水塔系统比较其杂，设计自控电路较多，阀门切换，需要专业人员完成，而且水塔和机组对回水水温进行限制，冬季容易造成停机保护。供水系统和阀门是最大隐患，一旦

14、停电或停水，整个空调系统全部停机，造成机房瞬间过热，在我们专家组对中国各大部委金融系统大型IDC调查中发现，过去凡年里80%造成空调停机的原因均由于水塔或供水问题造成。七、关于风冷式冷液机组和水冷式冷液机组的比较计算得到。以上计算只是基于一些假定条件下做的一种,实际情况并不能通过严格精确的理论事实是：风冷式冷液机组和水冷式冷液机组的运行条件是不一样的，风冷机组更容易通过控制风机的起停实现精细化的节能控制。因此，查看别人的经骚和学术研究文章应更有参考价值。1、美国特灵公司曾做过水冷离心式冷液机组和风冷离心式冷液机组在全负荷和部分负荷时的耗电量比较，现将该比较结果以制冷景：1160kw(330USRrt)为基础整理列出如卜表，供参考。110”虽11一45MOgIM1T4MOBDIM11冷一Sit2WW4no冲33M一HMM一u1M从表中可以看出，在全负荷时，风冷式冷液机组耗电后的确比水冷式冷液机组大，大约大15%左右，但在2/3负荷时两者基本持平，旦风冷机组略低，而且1/3负荷时，风冷机组的耗电量远远低于冷液机组，大约低30%左右。所以总的来看，风冷式冷液机组的全年耗电量并不会比水冷式机组高多少，加上冷液机组在设备保养方面的费用（冷却塔系统维护保养、水处理、冷凝器清洗等）较风冷机组为高，所以风冷机组总运行费用口I能还略低于冷液机组。如果再加上自然冷却，则优势明显大于水冷机组。