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)中心內的大量計算機電源產生熱量，使高效冷卻成為關鍵的建筑系統(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?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)輔助的風冷系統(tǒng)
為了吸引客戶，數(shù)據(jù)中心運營商權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)中心設施基礎設施設計領導者的說法，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，沒有任何冷卻技術適用于所有人地區(qū)，客戶標準和應用。 “必須對每個設施進行分析，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，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)中心所有者是否應該考慮使用風冷設備。
該研究考察了樣品數(shù)據(jù)中心的冷卻，冷卻負載穩(wěn)定在1,500 kW。作者比較了標準效率水冷式冷水機組系統(tǒng)和標準效率風冷式冷水機組系統(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，而風冷式冷水機組系統(tǒng)每年消耗4,663,740千瓦時。
風冷式冷水機組系統(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建其設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)中心建設如期完成非常重要，這樣服務器可以快速運行以產生收益。 模塊化預組裝和現(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計考慮因素列表中，因此了解和評估公用電力與當?shù)赜盟恐g的關系非常重要，以便為實現(xiàn)能源和水資源保護目標做出合理的決策。