悅動在錢keepithuningi冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書評估數據中心熱管理系統對支持非架高地板應用7 冷凍水系統優勢 綜述2評估數據中心熱管理系統的環境影響2分析冷凍水系統的環境影響3冷凍水系統的直接影響4冷凍水系統的間接影響5優化冷凍水系統5提高送風和供水溫度5冷凍水系統控制5改進的壓縮機技術5加濕系統6熱回收蓄冷6數據中心行業正在持續開發更大型的數據中心，以滿足容量需求，同時采取措施顯著減少數據中心對環境的影響。像維諦這樣的公司在設計時充分考慮可持續性，開發出既能滿足當前需求，又不影響未來幾代人滿足自身需求的數據中心解決方案。冷源系統，特別是冷凍水系統，在這一變革中發揮著重要作用。它們使數據中心的所有者和運營者能夠開發出高效解決直接和間接排放的新數據中心，這些排放被納入了總等效變暖影響（TEWI）指標。支持非架高地板應用7 冷凍水系統優勢 綜述2評估數據中心熱管理系統的環境影響2分析冷凍水系統的環境影響3冷凍水系統的直接影響4冷凍水系統的間接影響5優化冷凍水系統5提高送風和供水溫度5冷凍水系統控制5改進的壓縮機技術5加濕系統6熱回收蓄冷6數據中心行業正在持續開發更大型的數據中心，以滿足容量需求，同時采取措施顯著減少數據中心對環境的影響。像維諦這樣的公司在設計時充分考慮可持續性，開發出既能滿足當前需求，又不影響未來幾代人滿足自身需求的數據中心解決方案。冷源系統，特別是冷凍水系統，在這一變革中發揮著重要作用。它們使數據中心的所有者和運營者能夠開發出高效解決直接和間接排放的新數據中心，這些排放被納入了總等效變暖影響（TEWI）指標。現代冷凍水系統通過減少與其他技術相比制冷劑充注量，并支持使用市場上新型、更環保的制冷劑，來降低直接排放。當系統采用新技術并通過最佳實踐優化控制時，它還能減少間接排放，這在本文中有詳細描述。要全面了解冷源系統對環境的影響，數據中心用戶必須同時考慮直接和間接排放。冷凍水系統降低直接和間接排放的能力，有助于關鍵設施運營者實現更低的TEWI。冷凍水系統還可以有效平衡水和能源的使用，支持耗水率（WUE，由綠色網格定義）的高效冷卻系統。低TEWI和低WUE的結合，使得冷凍水系統在能效之一。這些系統已經適應了數據中心向無架空地板設計的演進，并且有助于推動液冷技術的過渡。低TEWI和低WUE的結合，使得冷凍水系統在能效之一。這些系統已經適應了數據中心向無架空地板設計的演進，并且有助于推動液冷技術的過渡。冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書間間接排放是指系統運行期間所消耗的電力生產所產生的排放。因此，當使用基于碳的能源時，效率與間接能源就越少，對間接排放的影響也就越小。通過增加對低環境影響的可再生能源的依賴，間接排放也可以減少。TEWI（總等效變暖影響）是根據《蒙特利爾議定書》定義的代數總和，表示一種制冷技術在其運行周期內的直接和間接碳排放影響。因此，它是評估特定制冷系統在支持實現碳中和過程中表現的重要指標，因為它涵蓋了制冷劑的作用以及系統消耗的能源。TEWI=(directe?ect)+(indirecte?ect)=with:αrecovery=回收系數β=CO2排放每千瓦時分析冷凍水系統的環境影響通過使用TEWI作為衡量制冷系統總體二氧化碳影響的標準，可以看出冷凍水系統在減少數據中心碳足跡方面具有極大的潛力。冷凍水系統的直接影響冷凍水系統在減少直接排放方面非常有效，主要有以下幾個原因。首先，冷凍水系統每千瓦制冷量的整體制冷劑充注量較少。在某些情況下，特別是在寒冷氣候通過干冷器或冷卻塔釋放熱量。而其他類型的制冷系統，如強制空氣風冷系統，在這些條件下仍需使用制冷劑，通常會導致更高的制冷劑充注量/每千瓦制冷量。在冷凍水系統中，制冷劑儲存在冷水機組中。冷水機組是一套完整的解決方案，配有可立即使用的制冷劑系統。該系統通常在工廠進行密封測試以排除并在安裝后現場進一步測試，從而將制冷劑損失的潛在風險降到最低。此外，通常會使用監測系統來檢測操作運行，以防止制冷劑全部泄漏。最后，冷凍水系統可以使用多種制冷劑來減少對環境影響遠低于傳統制冷劑，隨著行業發展，可能會變得更加普遍。此外，冷凍水系統比強制風冷HVAC系統等可替代制冷劑制冷系統更安全、更具成本效益，后者將易燃制冷劑帶入數據大廳，存在明顯的燃燒風險，并且需要昂貴的安全監控設備。氫氟碳化合物（HFC）制冷劑的生產和消耗，目標是在2040年底前減少80～85%的HFC使用量。此外，全球各地區也設定了自己的閾值，以限制HFC制冷劑的使用，鼓勵使用對環境影響較小的制冷劑，如HFO制冷劑。例如，美國環保署規定將在未來15年內減少85%的HFC使用量，而歐盟委員會實施了F-氣體法規，要求到2030年將HFC的銷售限制在2014年銷售量的五分之一。逐步減少HFC制冷劑預計將防止高達1.05億噸的二氧化碳排放。這種轉變將類似于1993年《蒙特利爾議定書》下淘汰氯氟烴（CFC）時發生的變化，當時是因為其對臭氧R454B。然而，大多數新型的HFO制冷劑是可燃或部分可燃的，這在數據中心設計階段帶來了新的挑戰，尤其是當制冷劑用于白區（whitespace）內部或與送至IT設備的方案，將可燃制冷劑置于白區外。由于冷水機組通常位于室外或機械房內，因此比其他制冷系統更容易使用可燃或部分可燃的制冷劑。影響，可以考慮以下兩種常用類型的冷水機組的變化：傳統上，適用于小型和中型數據中心、配有渦旋（GWP）為1924的R410A（AR5）。現在，它們可以使用GWP為466的R454B、GWP為677的R32或天然制冷劑如R290適用于中型和大型數據中心、配有螺桿或離心壓縮機的冷水機組傳統上使用GWP為1300的R513A或GWP低于1的R1234ze因此，冷凍水系統不僅是傳統制冷系統的高效替代方案，還能有效減少直接排放，同時不需要對現有數據中心設計進行重大投資或改動。冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書冷凍水系統的間接影響冷凍水系統的間接影響之一與電力使用有關。評估（pPUE）。pPUE是IT負載和制冷系統所用能源總和與IT負載使用的能源的比值。pPUE值越低，制冷系統越高效。pPUE為1表示數據中心的所有能耗都被IT設備使用，制冷系統不消耗任何能源。如今，包括維諦支持的系統在內的冷凍水系統，利用下一部分描述的優化策略，在像阿什本這樣的城市有望實現低于1.1的pPUE值。優化冷凍水系統以下是幫助冷凍水系統實現卓越效率的優化策略。本文附錄中提供了A模擬結果，展示了每種策略的有效性。提高送風與供水溫度 工作溫度大約為24攝氏度。如今， 數據中心在服務器前的溫度在24至25攝氏度之間并不罕見，回風溫度達到36至37攝氏度。水溫也經歷了類似的變化，從過去常見的10-15攝氏度上升到15-18攝氏度甚至更高。一些大型超大規模數據中心已經將計算機房空氣處理機（CRAH）單元的進氣溫度提高到20攝氏度以上。這種溫度的顯著上升要求增加使用自然冷卻技術，該技術利用比供水冷凍水設定點更冷的環境空氣進行冷卻，而不是依賴冷水機組的制冷循環。這些系統可以利用外部冷空氣溫度作為主要冷卻來源，限制機械制冷系統的使用，以應對一年中最熱時期的極端需求。這通過從簡單的冷水機組轉向更先進的解決方案，如自然冷卻冷水機組實現。自然冷卻的高效率與DX系統在任何條件下確保的持續冷卻能力相結合。此外，自然冷卻冷水機組的嵌入式控制可以實現“混合模式”運行，在環溫較高的限制自然冷卻的過渡季節條件下壓縮機可以介入，以補冷。冷凍水系統控制最大化冷水系統效率的第二步 是通過協調外部單元與內部單元的運行來優化整個系統。這是通過使用群控系統實現的，群控系統能夠協調冷凍水系統內所有機組的運行。在這種控制水平下，系統可以優化多臺在變流量下運行的冷水機組，從而減少泵的能耗，并提高流體回流到冷水機組的溫度。在某些情況下，群控系統還可以根據數據中心的不同運行條件實施溫度優化邏輯。這些控制包括動態水控制能力，可以根據數據中心的負載優化運行水溫，極大地提高冷水機組的效率，同時確保服務器前端的最佳溫度。改進的壓縮機技術在位于溫和氣候區的數據中心 很大一部分。因此，使用創新和高效的壓縮機技術可以幫助提高壓縮機效率。近年來，變頻驅動壓縮機的使用越來越多，它在效率方面帶來了顯著的優勢。使用變頻驅動螺桿壓縮機或無油離心壓縮機的自然冷卻冷水機組現在已經可用來提高冷水系統的能效，從而減少電力消耗。加濕系統另一種提高冷水系統效率的 冷卻冷水機組。加濕系統（尤其是與蒸濕膜系統一起使用時）適合全年廣泛使用，而不僅僅是在極端條件下，從而帶來顯著的效益。在加濕系統能耗。然后，這些冷卻后的空氣被送至自然冷卻盤管，分別提高了自然冷卻能力和壓縮機的運行效率。評估冷卻系統可持續性的另一個相關指標是WUE（耗水率它是通過將機房年總水使用量（以升為單位）除以IT設備的能耗（以千瓦時kWh為單位）計算得出的。對于那些在水資源緊張地區運行或計劃擴容的數據中心來說，這個指標特別有價值。數據中心冷卻中高水消耗的問題主要與開放式循環系統有關，在這些系統中，水用于噴灑熱交換器，以擴大運行范圍或利用自然冷卻節能。帶加濕的冷水機組和蒸發式室外集成解決方案是開放式循環系統，但它們使用機載控制器，僅在需要時根據冗余性、效率負荷控制水的使用。控制器的主要任務是防止浪費水，從而降低數據中心的WUE。水也用于當白區空間內的空氣需要加濕時，在特定設計的地面安裝機組具有寬大的換熱面積，能夠顯熱冷卻能力，無需加濕。如果制造得當，水循環系統是完全密封的，一旦填充完畢，就不再需要額外的水（即pPUE，這可以通過有效使用控制手段，將水的使用限制在特定條件下來實現降低水的使用。熱回收 冷水系統的效率。與其直接冷卻熱負荷，系統有效地回收熱量，并可用于滿足建筑物即使回收的熱量溫度較低，也可以通過使用熱泵來提高溫度，從而將這一策略應用于舊的數據中心。蓄冷蓄冷罐是一種有效的節能手段， 因為這些儲罐作為熱能儲存（TES）加載運行，以制造蓄冷的冷凍水，利用夜間較低的電費。這些設施隨后依靠儲存的冷量來提供白天的制冷。冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書支持非架高地板應用為了更快地建設數據中心、跟上日益增長的需求并控制成本，大型數據中心的開發商——包括每個數據大廳2～5MW的托管和超大規模數據中心用戶——正在逐步放棄架空地板設計。這一趨勢促使需要從標準的機房冷水CRAH機組轉向一種新的方法。原因是，當標準機組應用于非架空地板數據中心環境時，可能會在第一排機架前產生高速氣流的風險，導致服務器出現負壓。對于每個數據大廳小于2MW的小型和中型數據中心，部分轉向非架空地板設計的可能性更大。這一氣流問題可以通過應用新的解決方案來解決，這些方案在機架前形成正壓。維諦設計了幾款具有較大送風表面積的產品，以確保服務器排之間的壓力平衡。主要解決方案包括專為非架空地板應用設計的外圍冷水系統，以及幾款基于空氣處理單元概念的風墻單元。圖2.標準的外圍冷水CRAH機組會產生高速氣流，進而在第一排機架前形成負壓圖3.用于非架空地板應用的冷水機組有助于降低氣流速度，以平衡機架排之間的壓力非架空地板應用在設計階段需要更多的專業知識和努力，特別是為了確保每個機架的氣流和冷卻分布正確。架空地板應用則相對簡單，因為設計師只需確保地板下維持正壓，并通過地板通風口調整氣流輸送。開發適用于這種應用的正確產品，維諦還開發了多種軟件功能。其中一個功能可以采用ΔT（溫差）控制方法來冷卻非架空地板數據中心，這種方法相比單純關注空氣壓力具有多種優勢。將空氣壓力與ΔT結合使用，后者測量回風和供風溫度之間的差異，進一步提升了效果并帶來了額外的好處。空氣壓力控制仍然可以用于確保冷卻單元提供一定的最低送風量，同時使風扇速度由溫度決定。維諦不斷開發新解決方案，以滿足對架空和非架空地板應用的需求，提供高效、冷卻密度高、可靠性強和控制優化的室內產品。各行業的企業正轉向人工智能和其他處理密集型平臺，導致數據中心面臨快速變化的熱管理挑戰。對于高機架密度的數據中心，支持一些快速增長的業務應用時，液冷幾乎沒有能效高的替代方案。將液冷技術引入空氣冷卻的數據中心需要仔細的規劃和工程設計，但如今已有技術和最佳實踐可支持成功且影響最小的部署。在引入高密度機架時，有必要確定每個系統將處理多少總熱負荷、所需的冷卻能力、液冷系統將替代多少冷卻能力，以及所需的剩余空氣冷卻能力。在部署液冷系統時需考慮的技術包括背板、直接到芯片的液冷和浸沒冷卻。冷凍水系統與液冷技術的結合幫助數據中心用戶實現其關鍵設施的可持續熱解決方案。冷凍水系統的優勢有多個優勢使冷凍水系統在未來幾年成為數據中心領域應用最廣泛的全球冷卻技術之一。促使數據中心用戶尋找替代傳統HFC制冷能耗。冷水系統是第一批在冷水機組中技術和優化、整合整體冷凍水系統，能夠實現低于1.1的pPUE值。設計：許多新型制冷劑是易燃或部分易燃制冷劑將在白區內部或與IT設備送風直接接觸時。因此，冷水系統提供了一個出色的解決方案，因為它們通常安裝在外部，之外。靈活性：冷凍水系統為室外冷卻機組的布固定配置，并且在機組相鄰的物理限制（除了泵的大小）上沒有限制。連續性：如果冷水管道沒有足夠的熱慣性顯著增加數據中心的熱儲備。當冷水機組因斷電停止工作時，儲罐中的水可以補充冷水供應，以保持數據中心環境足夠冷卻并接近正常工作溫度。蓄冷罐的初始成本遠低于其他方法。根據儲罐的尺寸，可以計算系統在停電期間維持冷卻的時間。冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書高密度支持：截至目前，液冷是實現一些快速增長的業務應用高密度冷卻的最有效方法。雖然正在開發液冷專用數據中心，且一些新的風冷數據中心也在設計中，以適應未來的液冷機架，但用戶當前面臨的最常見情況是缺乏支持基礎設施將液冷來集成到現有風冷設施中。擁有冷水系統設計簡化了這一過渡，并提供了更大的靈活性，以結合不同的室內機組滿足不同應用和IT密度的需求。有關液冷的更多信息，請參閱維諦技術白皮書《理解數據中心液冷選項和基礎設施要求》。結論在快速擴張的環境中，數據中心空間不太可能僅由一種熱密度環境組成，Vertiv?Liebert?熱管理冷凍水系統是確保全球高低熱密度數據中心一致的方法。冷凍水系統能夠完美適應當今數據中心的需求，帶來當下的收益，同時確保未來的靈活性。冷凍水系統在阿什本模擬冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書冷凍水系統模擬維諦技術分析了幾種冷凍水系統的優化策略，以展示這些優化對不同參數的影響。模擬是在一個15MW的數據中心進行的，該中心包含三個數據大廳（每個5MW位于阿什本、東京和迪拜。為每個數據大廳服務的冷凍水系統包括：模擬考慮了一個在80%最大IT負載（12MW）下運行的數據中心，因為這代表了當前數據中心的重要工作條件。所有數據大廳也被假設以相同的百分比加載。我們考慮了五種不同的場景：冷凍水系統在阿什本模擬A.基線一個冷凍水系統在10到15℃的溫度下工作，由五臺標準冷水機組和28臺CRAH機組組成，得出的pPUE值為1.217。圖4.阿什本：通過優化的冷凍水系統控制、改進的壓縮機技術和低GWP制冷劑C.優化冷凍水系統控制溫度在配置B的基礎上，集成了群控系統，以優化水流控制并利用動態水控制系統，從而進一步降低pPUE值，從1.128降至1.117。D.改進的壓縮機技術和低GWP制冷劑在配置C的基礎上，增加了一臺配備變頻驅動壓縮機和低GWP制冷劑的自然冷卻冷水機組，從而將上述pPUE值進一步降低，從1.128降至1.106。E.加濕系統在配置D的基礎上，通過為五臺冷水機組增加加濕配置，系統的pPUE可以達到1.094，詳見圖7。圖7還不滿載工作，而是在自然冷卻或混合模式下運行，從而提高了整體效率并降低了運行費用。圖6.阿什本：通過優化的冷凍水系統控制、改進的壓縮機技術和低GWP制冷劑圖7.阿什本：包括加濕系統B提高空氣和水溫將冷凍水系統的水溫從10到15℃提高到20到28℃,回風溫度從26℃提高到36℃,可以為服務器提供低于25℃的供風溫度，這符合美國供暖、制冷和空調工程師學會（ASHRAE）的建議。同時，用自然冷卻冷水機組替代標準冷水機組將pPUE值從1.217降低到1.128。圖5.阿什本：提高送風和供水溫度阿什本12MWpPUEWUE(l/kWh)TEWI(10年)-二氧化碳總噸數自然冷卻小時(h)自然冷卻+混合模式(h)間接直接全部基線提高送風和供水溫度優化冷機系統控制優化壓縮機技術和低GWP制冷劑加濕系統1.2171.0940.0000.0000.0000.0000.2776893443441110957264441592505373547234110261006478548927496595944892797153735489279714723557348751表1.阿什本：各項改進對整體冷凍水系統影響的總結冷凍水系統如何滿足數據中心可用性和可持續性發展目標白皮書