冷卻塔可以提高大數(shù)據(jù)中心的效率
作者:湖北武漢辦事處 時間:2019-05-06 09:10 閱讀:
隨著存儲和流式傳輸?shù)拇罅繑?shù)字信息,美國數(shù)據(jù)中心的數(shù)量不斷增加。這些數(shù)據(jù)中心內(nèi)的大量計算機電源產(chǎn)生熱量,使高效冷卻成為關(guān)鍵的建筑系統(tǒng)要求。蒸發(fā)冷卻塔是許多數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)不可或缺的一部分。最近有人質(zhì)疑冷卻塔的使用,引用水資源短缺來支持他們的論點。但是,對用于當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場冷卻塔的用水進行全面檢查,與用于在區(qū)域化石燃料發(fā)電廠發(fā)電的水相比,顯示出令人驚訝的結(jié)果。
數(shù)據(jù)中心冷卻方案
根據(jù)大小,必須冷卻的計算機容量,區(qū)域能源成本以及數(shù)據(jù)負(fù)載和密度,有多種方法可以冷卻數(shù)據(jù)中心。熱門選項包括:
水冷式冷水機組 - 包括冷水機組,泵,冷卻塔和與冷水機組串聯(lián)的板/框架熱交換器
風(fēng)冷冷水機組 - 包括冷水機組和泵
直接蒸發(fā)冷卻 - 無機械制冷,也稱為“沼澤冷卻”
絕熱冷卻 - 在高峰條件下由水冷系統(tǒng)輔助的風(fēng)冷系統(tǒng)
為了吸引客戶,數(shù)據(jù)中心運營商權(quán)衡各種選擇并尋找降低運營成本和環(huán)境影響的系統(tǒng)。他們密切關(guān)注電力使用效率(PUE),定義為數(shù)據(jù)中心使用的總能量與提供給計算設(shè)備的能量之比。
玻璃鋼冷卻塔是許多數(shù)據(jù)中心不可或缺的一部分
數(shù)據(jù)中心運營商也關(guān)注用水效率(WUE)。冷卻塔蒸發(fā)水,但影響取決于位置。根據(jù)數(shù)據(jù)中心設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)者的說法,數(shù)據(jù)中心的面積從幾百平方英尺到幾十萬平方英尺不等,沒有任何冷卻技術(shù)適用于所有人地區(qū),客戶標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用。 “必須對每個設(shè)施進行分析,以確定最能滿足客戶需求的方法,并利用特定地區(qū)的節(jié)能和節(jié)水機會。”
將設(shè)備作為其數(shù)據(jù)中心實踐的一部分,并經(jīng)常將冷卻塔與機械冷卻器結(jié)合起來,以實現(xiàn)高效冷卻。
全面評估用水量
大數(shù)據(jù)中心冷卻塔案例分析
我國西部的持續(xù)干旱導(dǎo)致許多公司重新審視用水對冷卻數(shù)據(jù)中心的影響。一些人質(zhì)疑,鑒于這些短缺,現(xiàn)場冷卻塔是否使用過多的水。在評估數(shù)據(jù)中心的最佳冷卻策略時,至關(guān)重要的是從整體上查看用水量,包括用電的用水量。從這個角度來看,機械蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)通常比替代干燥系統(tǒng)更有效。
機械冷卻系統(tǒng)通常比干燥系統(tǒng)更有效
基于化石燃料的發(fā)電廠的蒸汽循環(huán)用于發(fā)電的水量可以大于數(shù)據(jù)中心冷卻塔使用的水量。一個例子是空氣冷卻系統(tǒng),每年使用1兆瓦(MW)的電力,而水冷系統(tǒng)每年使用0.5兆瓦,每分鐘使用3000加侖的水。發(fā)電廠用于為風(fēng)冷系統(tǒng)供電的額外0.5兆瓦的加侖數(shù)實際上大于水冷系統(tǒng)冷卻塔本地使用的水量。減少發(fā)電廠使用的能源實際上可以節(jié)約用水。
水是一種比空氣更有效的介質(zhì),用于去除熱量,因為蒸發(fā)可以增強冷卻過程。 “使用水冷式冷凝系統(tǒng)與風(fēng)冷式冷凝系統(tǒng)可以顯著降低冷卻能源成本;然而,蒸發(fā)冷卻的有效性非常依賴于位置,因為較干燥的氣候會帶來更高的效率。”
他們研究這種能量減少是否會因蒸發(fā)而增加現(xiàn)場用水量。他們還考慮了這種蒸發(fā)是否在浪費水,以及數(shù)據(jù)中心所有者是否應(yīng)該考慮使用風(fēng)冷設(shè)備。
該研究考察了樣品數(shù)據(jù)中心的冷卻,冷卻負(fù)載穩(wěn)定在1,500 kW。作者比較了標(biāo)準(zhǔn)效率水冷式冷水機組系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)效率風(fēng)冷式冷水機組系統(tǒng),以及沒有機械冷卻的蒸發(fā)系統(tǒng)。水冷設(shè)備包括冷卻系統(tǒng),泵,冷卻塔和與冷卻器串聯(lián)的板/框架熱交換器。風(fēng)冷式冷水機組包括冷水機組和泵。
作者發(fā)現(xiàn),水冷式冷水機組系統(tǒng)消耗了1,610,748千瓦時的能量,而風(fēng)冷式冷水機組系統(tǒng)每年消耗4,663,740千瓦時。
風(fēng)冷式冷水機組系統(tǒng)消耗更多電力,并且不會在現(xiàn)場蒸發(fā)水。它的所有用水量都是電廠用水量。相比之下,水冷式冷水機具有更低的功耗以及現(xiàn)場和發(fā)電廠用水量的組合。
水冷技術(shù)效率更高,特別是在天氣較涼的時候采用“自由冷卻”。
自由冷卻,也稱為“水側(cè)節(jié)能器”冷卻,是使用低外部空氣溫度來輔助冷卻水的經(jīng)濟方法。當(dāng)以自由冷卻模式運行時,來自冷卻塔的水足夠冷,不需要冷卻器的機械制冷。這顯著降低了能量需求,通常降低了75%或更多。為了利用自然冷卻可以節(jié)省的能量,必須有足夠的寒冷天氣時間來證明板/框架熱交換器和其他部件的額外設(shè)備投資是合理的。
評估冷卻塔在數(shù)據(jù)中心冷卻中的優(yōu)勢還必須考慮“可變流量”,這是另一種降低能耗的方法。冷卻塔的尺寸適合夏季設(shè)計;可變流量使用戶能夠在較冷的季節(jié)減少從冷卻塔到冷卻器的水流量。風(fēng)扇以較低的速度運行,這減少了能量使用。利用自由冷卻和可變流量模式可以顯著降低冷卻塔的能耗。
冷卻塔模塊化提供了另一個優(yōu)勢。隨著服務(wù)器需求的增長,數(shù)據(jù)中心所有者可能更愿意隨著時間的推移構(gòu)建其設(shè)為了控制初始資本支出和運營成本,數(shù)據(jù)中心運營商可以根據(jù)需要隨后增加冷卻能力隨著設(shè)施的發(fā)展,整合了工廠組裝的模塊化冷卻塔的系統(tǒng)。 對數(shù)據(jù)中心建設(shè)如期完成非常重要,這樣服務(wù)器可以快速運行以產(chǎn)生收益。 模塊化預(yù)組裝和現(xiàn)場安裝的冷卻塔可滿足時間敏感的交付要求和施工進度。
稱重水的選擇
蒸發(fā)和機械冷卻解決方案有許多組合,可以進行評估以滿足數(shù)據(jù)中心冷卻要求。 由于對水的討論被添加到設(shè)計考慮因素列表中,因此了解和評估公用電力與當(dāng)?shù)赜盟恐g的關(guān)系非常重要,以便為實現(xiàn)能源和水資源保護目標(biāo)做出合理的決策。