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[摘 要]机房建设规模在近年来发展突飞猛进，其中制冷形式包含多种，最常用的是风冷式冷液机组及水冷式冷液机组，两种机组在各自特定的环境中具备节能或经济上的优势。本文主要对机房节能规划进行分析研究并围绕空调制冷机组选型进行一些节能方面的探索。本文会以1个机房机房作为实例对两种制冷机组进行PUE值比较及经济性分析来判定两种制冷机组的优点及缺点，并以此进行节能优化方向的研究。
[关键词]制冷机组 PUE 实例测试 对比分析
中图分类号：TE174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0099-01
前言
近年来，迅速增长的信息化需求快速提升了我国信息系统机房的平均规模，而持续稳定增长的信息投入，也推动着机房的建设进展。拥有较为密集的信息化设备的机房往往一天耗费大量的能源，成为机房维护成本的最大组成部分，因此大家关注的焦点渐渐从机房的建设规模转为机房的能耗问题。
一、机房能耗简析及评价指标PUE
机房能耗主要由IT设备本身能耗及辅助环境设备能耗组成，已经成为机房设计及维护的首要考虑目标。那么依据什么来评估机房能耗呢？我们一般通过深入研究机房的实际运行情况，分析影响机房能源效率的各项因素，主要借助PUE指标并采用层次分析法从空调设备能耗、IT设备能耗、机房总能耗三方面出发，构建了层次型绿色机房运行的评价指标体系并进行了权重的确定，并根据计算结果提出绿色机房节能降耗的相关措施。
PUE指标是Power Usage Effectiveness的简写，是评价机房能源效率的指标。PUE=Total Facility Energy/IT Equipment Energy，所以其是一个比值，没有单位，分子是机房总设备能耗，分母是IT设备能耗。PUE值是目前国内外比较通用的衡量机房电力使用效率的指标。一个机房PUE值越接近1，表示该机房在节能环保设计方面越先进。目前，许多国家对机房机房有严格的标准定义，PUE值作为一个重要指标在国外先进的机房中通常小于2，我国现阶段机房的PUE值大多介于2-3之间。所以国内机房内1W的IT设备功耗会导致2-3W的机房总功耗，而先进国家机房内1W的IT设备功耗只会导致2W以下的机房总功耗。
根据可靠数据显示，机房总功耗约有40%用于机房冷却。机房冷量产生依靠制冷机组、冷媒循环管路及终端精密空调组成的制冷系统，制冷系统的能耗是影响PUE值的最重要因素。
二、两种制冷机组原理
风冷式冷液机组的原理是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。由于利用风机将冷媒带出的热带走，风作为冷却媒介，所以称做风冷式冷液机组。机组从房间吸取的热量通过内置水冷冷凝器传输到制冷剂中，冷却水可以由供水管道、冷却塔或者水井供应。冷却水通常采用抗冻的水和乙二醇的混合物代替常用的制冷剂，该机组适用于有集中冷却水系统的场所。机组能效比风冷式机组高，因此更节能，机组安装不受室外场地限制。近些年来，风冷模块式冷热水机组在市场上得到了广泛的应用，并且随着城市能源结构的改变，电力供应的日趋充沛，风冷模块式冷水机组的市场占有率正日趋增长。
水冷式冷液机组的原理是通过冷冻水来控制室内环境，其微处理控制器通过三通电动冷冻水阀的调节，精确地控制室内的空气条件，提供强大的制冷效力。由于使用冷冻水作为冷却媒介，所以称做水冷式冷液机组，该系统使用于有冷冻水循环系统的场所，利用用户冷冻水进行制冷。水冷式冷液机组具有结构紧凑，外形美观，体积小，占地面积少等优点，并且具有最良好的制冷性能。但水冷式冷液機组没有独立的冷媒，要求用户配备完整的冷冻水机组。因此维护中投入的人力物力成本也相应提高。
三、两种制冷机组实例测试
本次实例选取武汉农村商业银行武经开数据机房。作为武汉农商行其他支行机房的样板工程，武汉农村商业银行武经开数据机房吸取先进理念，在设计阶段把PUE指标作为设计重要目标之一，采用风冷和水冷两种制冷方式并行的供冷方式。该两种制冷机组在原理及结构上较为相似，客观评估其节能效果需要大量实际数据的支撑。
本项评估测试开启水冷式冷液机组进行供冷，由于机房设备已基本处于满载状态，且上架的设备均正常上电运行，故认定机房已满负荷运行。测试人员对每个机柜的IT设备能耗情况进行了测量，测量结果如下：在开启风冷式冷液机组单独供冷的情况下，该机房总设备能耗=6台电能总输入柜电能输入总量=2656kW；IT设备能耗=12个机房所有机柜设备能耗之和=1425kW，其中风冷式冷液机组能耗=885kW。PUE值=机房总设备能耗/IT设备能耗=1.86。
然后完全关闭风冷式冷液机组再开启水冷式冷液机组单独供冷，IT设备运行状态不变故能耗不变，机房总设备能耗仍然按6台电能总输入柜的电量仪示数进行计算，测试结果如下：在开启水冷式冷液机组单独供冷的情况下，该机房总设备能耗=6台电能总输入柜电能输入总量=2655kW；IT设备能耗=12个机房所有机柜设备能耗之和=1424kW，其中水冷式冷液机组能耗=884kW。PUE值=机房总设备能耗/IT设备能耗=1.86。
四、测试结果对比分析
可以看出，在当前的测试条件下，两种制冷机组的能耗及PUE值差异接近于零。本次测试在外界环境温度为25℃的春季进行，由于风冷式冷液机组冷凝器能够借助一部分自然风进行热交换，天然的风能分担掉一部分的制冷能耗，所以在环境温度低于此温度时能耗会逐渐降低，而环境温度高于此温度时能耗会相应升高。就本机房来说，25℃可以认为是温度的临界点，在外界温度低于25℃时选用风冷式冷液机组制冷较为经济，在外界温度高于25℃时选用水冷式冷液机组制冷较为经济。但是考虑到水的热交换效率高于风的热交换效率，在制冷密度需求越大的情况下，水冷式冷液机组的优势就越明显。本机房机柜平均功耗为3kW～4kW，大约是中密度机房的平均水平，如果机柜内增加或减少IT设备且在制冷系统不改造的情况下，负载制冷密度需求越高，水冷式冷液机组越占优势；反之负载制冷密度需求越低，风冷式冷液机组越占优势。以上表明，针对本机房而言，如果在IT设备负载量变动较小的情况下，根据一年中各个时令气候条件的不同而选择较为合适的制冷机组能够达到节能的目的；如果IT设备负载量有较大变动，根据设备的负载量的增减而选择较为合适的制冷机组亦能达到节能的目的，同时有效的提高经济效益。
结束语
本次研究工作的起因是因为目前机房已成为IT设备放置管理的主流载体，制冷机组能耗开支又占机房日常开支的最大份额。所以本次对制冷机组的研究具有比较实际的意义，也为今后的机房设计者们进行制冷机组的选型设计提供较为有说服力的参考。
参考文献
[1] 戴自挺，卢江等.外融冰技术的拓展[M].北京：科学出版，2008：11-12.
[2] 中国华东暖通协会.第5届全国前瞻性制冷系统学术会文集[C].上海：上海市华东师范大学出版社，2016：10-14.
[3] 徐鹤.冷冻水空调系统在通信机房中的应用研究[D].江苏：南京大学电气工程与自动化学院，2013：23-25.
[4] 国家标准局信息分类编码研究所.GB/T 50314-2000智能建筑设计规范[S]//全国文献工作标准化技术委员会.文献工作国家标准汇编：4.北京：中国标准出版社，2000：3-20.
[关键词]制冷机组 PUE 实例测试 对比分析
中图分类号：TE174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0099-01
前言
近年来，迅速增长的信息化需求快速提升了我国信息系统机房的平均规模，而持续稳定增长的信息投入，也推动着机房的建设进展。拥有较为密集的信息化设备的机房往往一天耗费大量的能源，成为机房维护成本的最大组成部分，因此大家关注的焦点渐渐从机房的建设规模转为机房的能耗问题。
一、机房能耗简析及评价指标PUE
机房能耗主要由IT设备本身能耗及辅助环境设备能耗组成，已经成为机房设计及维护的首要考虑目标。那么依据什么来评估机房能耗呢？我们一般通过深入研究机房的实际运行情况，分析影响机房能源效率的各项因素，主要借助PUE指标并采用层次分析法从空调设备能耗、IT设备能耗、机房总能耗三方面出发，构建了层次型绿色机房运行的评价指标体系并进行了权重的确定，并根据计算结果提出绿色机房节能降耗的相关措施。
PUE指标是Power Usage Effectiveness的简写，是评价机房能源效率的指标。PUE=Total Facility Energy/IT Equipment Energy，所以其是一个比值，没有单位，分子是机房总设备能耗，分母是IT设备能耗。PUE值是目前国内外比较通用的衡量机房电力使用效率的指标。一个机房PUE值越接近1，表示该机房在节能环保设计方面越先进。目前，许多国家对机房机房有严格的标准定义，PUE值作为一个重要指标在国外先进的机房中通常小于2，我国现阶段机房的PUE值大多介于2-3之间。所以国内机房内1W的IT设备功耗会导致2-3W的机房总功耗，而先进国家机房内1W的IT设备功耗只会导致2W以下的机房总功耗。
根据可靠数据显示，机房总功耗约有40%用于机房冷却。机房冷量产生依靠制冷机组、冷媒循环管路及终端精密空调组成的制冷系统，制冷系统的能耗是影响PUE值的最重要因素。
二、两种制冷机组原理
风冷式冷液机组的原理是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。由于利用风机将冷媒带出的热带走，风作为冷却媒介，所以称做风冷式冷液机组。机组从房间吸取的热量通过内置水冷冷凝器传输到制冷剂中，冷却水可以由供水管道、冷却塔或者水井供应。冷却水通常采用抗冻的水和乙二醇的混合物代替常用的制冷剂，该机组适用于有集中冷却水系统的场所。机组能效比风冷式机组高，因此更节能，机组安装不受室外场地限制。近些年来，风冷模块式冷热水机组在市场上得到了广泛的应用，并且随着城市能源结构的改变，电力供应的日趋充沛，风冷模块式冷水机组的市场占有率正日趋增长。
水冷式冷液机组的原理是通过冷冻水来控制室内环境，其微处理控制器通过三通电动冷冻水阀的调节，精确地控制室内的空气条件，提供强大的制冷效力。由于使用冷冻水作为冷却媒介，所以称做水冷式冷液机组，该系统使用于有冷冻水循环系统的场所，利用用户冷冻水进行制冷。水冷式冷液机组具有结构紧凑，外形美观，体积小，占地面积少等优点，并且具有最良好的制冷性能。但水冷式冷液機组没有独立的冷媒，要求用户配备完整的冷冻水机组。因此维护中投入的人力物力成本也相应提高。
三、两种制冷机组实例测试
本次实例选取武汉农村商业银行武经开数据机房。作为武汉农商行其他支行机房的样板工程，武汉农村商业银行武经开数据机房吸取先进理念，在设计阶段把PUE指标作为设计重要目标之一，采用风冷和水冷两种制冷方式并行的供冷方式。该两种制冷机组在原理及结构上较为相似，客观评估其节能效果需要大量实际数据的支撑。
本项评估测试开启水冷式冷液机组进行供冷，由于机房设备已基本处于满载状态，且上架的设备均正常上电运行，故认定机房已满负荷运行。测试人员对每个机柜的IT设备能耗情况进行了测量，测量结果如下：在开启风冷式冷液机组单独供冷的情况下，该机房总设备能耗=6台电能总输入柜电能输入总量=2656kW；IT设备能耗=12个机房所有机柜设备能耗之和=1425kW，其中风冷式冷液机组能耗=885kW。PUE值=机房总设备能耗/IT设备能耗=1.86。
然后完全关闭风冷式冷液机组再开启水冷式冷液机组单独供冷，IT设备运行状态不变故能耗不变，机房总设备能耗仍然按6台电能总输入柜的电量仪示数进行计算，测试结果如下：在开启水冷式冷液机组单独供冷的情况下，该机房总设备能耗=6台电能总输入柜电能输入总量=2655kW；IT设备能耗=12个机房所有机柜设备能耗之和=1424kW，其中水冷式冷液机组能耗=884kW。PUE值=机房总设备能耗/IT设备能耗=1.86。
四、测试结果对比分析
可以看出，在当前的测试条件下，两种制冷机组的能耗及PUE值差异接近于零。本次测试在外界环境温度为25℃的春季进行，由于风冷式冷液机组冷凝器能够借助一部分自然风进行热交换，天然的风能分担掉一部分的制冷能耗，所以在环境温度低于此温度时能耗会逐渐降低，而环境温度高于此温度时能耗会相应升高。就本机房来说，25℃可以认为是温度的临界点，在外界温度低于25℃时选用风冷式冷液机组制冷较为经济，在外界温度高于25℃时选用水冷式冷液机组制冷较为经济。但是考虑到水的热交换效率高于风的热交换效率，在制冷密度需求越大的情况下，水冷式冷液机组的优势就越明显。本机房机柜平均功耗为3kW～4kW，大约是中密度机房的平均水平，如果机柜内增加或减少IT设备且在制冷系统不改造的情况下，负载制冷密度需求越高，水冷式冷液机组越占优势；反之负载制冷密度需求越低，风冷式冷液机组越占优势。以上表明，针对本机房而言，如果在IT设备负载量变动较小的情况下，根据一年中各个时令气候条件的不同而选择较为合适的制冷机组能够达到节能的目的；如果IT设备负载量有较大变动，根据设备的负载量的增减而选择较为合适的制冷机组亦能达到节能的目的，同时有效的提高经济效益。
结束语
本次研究工作的起因是因为目前机房已成为IT设备放置管理的主流载体，制冷机组能耗开支又占机房日常开支的最大份额。所以本次对制冷机组的研究具有比较实际的意义，也为今后的机房设计者们进行制冷机组的选型设计提供较为有说服力的参考。
参考文献
[1] 戴自挺，卢江等.外融冰技术的拓展[M].北京：科学出版，2008：11-12.
[2] 中国华东暖通协会.第5届全国前瞻性制冷系统学术会文集[C].上海：上海市华东师范大学出版社，2016：10-14.
[3] 徐鹤.冷冻水空调系统在通信机房中的应用研究[D].江苏：南京大学电气工程与自动化学院，2013：23-25.
[4] 国家标准局信息分类编码研究所.GB/T 50314-2000智能建筑设计规范[S]//全国文献工作标准化技术委员会.文献工作国家标准汇编：4.北京：中国标准出版社，2000：3-20.