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数据中心水冷空 调系统设计指南

文章出处:网络整理 人气:发表时间:2021-04-04 14:49

[导读]传统数据中心一般功率密度较低,多数单机柜功耗低于2KW,在空调系统故障停止供冷时,只要保持IT设备供电连续,通过增加风机、开窗等手段仍可保持数据中心连续不中断运行,因此在传统数据中心的运维管理中空调系统的重要性往往不像供电那样受到重视。

  1. 概述

  近年来随着云计算技术的快速发展,全球数据中心开始向着巨型化的方向发展,单机柜功率密度不断提高,5KW、7KW、10KW甚至几十KW功率机柜已逐步成为常规配置。新一代数据中心更显著的表现为:规模更大、密度更高、制冷要求更高、局部过热成为常态等特点。数据机房的高功率密度化对空调系统的制冷及机房散热提出了更高的要求,空调系统短时间的供冷中断都会造成IT设备过热宕机,传统风冷空调的制冷方式已无法满足机房制冷需求。如何保障新一代数据中心空调系统的能够长期、持续、稳定的为数据中心机房提供所需的环境温度、湿度成为每个数据中心运维管理人员必须面临的问题,而空调系统的供电方式对上述保障要求能否达到起着关键作用。

数据中心水冷空
调系统设计指南

  从国内数据中心的发展来看,由于功率密度的提高,新一代数据中心尤其是大型数据中心基本采用制冷效率更高的水冷空调系统来满足持续上升的制冷需求。本文中笔者主要结合自身工作经验主要针对水冷空调系统的供电方案设计及一些常见问题进行分析和探讨。

  2. 新一代数据中心与传统数据中心的差异

  传统数据中心一般功率密度较低,多数单机柜功耗低于2KW,在空调系统故障停止供冷时,只要保持IT设备供电连续,通过增加风机、开窗等手段仍可保持数据中心连续不中断运行,因此在传统数据中心的运维管理中空调系统的重要性往往不像供电那样受到重视。新一代数据中心对运维管理的重点进行了重新定义,空调系统与数据中心供电一样决定着数据中心能否安全稳定运行。笔者在工作中按照ASHARE标准测试方法,利用假负载对模拟了一个设计功耗5KW/机柜机房失去空调制冷后机房温度上升情况。试验选择一个350平米机房内,机房内安装机柜158个。测试前启动假负载和空调,使机房温度达到数据机房正常运行稳定状态。关闭机房两侧末端空调模拟空调失去供冷。空调制冷系统停止运行后,靠机房空间的冷量只能维持不到3分钟。

  由此可见随着IT设备功率密度的不断提升,数据机房允许的空调停止运行时间已成为分钟级,在此条件下通过运维人员“现场维修”来排除空调系统故障恢复机房制冷已不再可能。空调系统短时间停止运行都会造成机房内热量的快速堆积,并引发设备高温宕机,因此保障空调系统安全稳定运行的供电系统的重要性也进一步凸显。

  3. 高功率密度数据中心水冷空调系统的供电设计注意事项

  新一代数据中心典型的空调水冷系统的结构基本都是由下属三大部分组成:

  (1) 由冷却塔+冷却水泵+冷却水供水及回水管路组成的空调冷却水系统;

  (2) 由冷水机组+冷冻水泵+冷冻水供水、回水管路组成的空调冷冻水系统;

  (3) 由分水器+末端空调+风机盘管+集水器+冷冻水泵组成的空调制冷量分配系统。

  同时为保证冷冻水供水和冷却水供水系统均能可靠、稳定运行,设计中将冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵分水器、集水器、主管路等都设计成1+1冗余备份方式。尽管空调系统的设计中采用了冗余等多重保障措施,但若空调系统供电设计中一些缺陷仍然离不开一个高可靠的供电系统来保证空调系统可以持续稳定的为数据机房提供制冷。

  3.1水冷空调系统供电方案的常规设计

  水冷空调系统供电设计中冷冻水泵、冷却水泵、末端空调等关键设备一般采用双路市电+ATS开关的冗余型供电方案: