使用自然冷卻系統(tǒng)正在成為趨勢,特別是在對新建數(shù)據(jù)中心。直接或間接地使用ICT設(shè)備無論是從理性上還是在財政上無疑都具有吸引力
但是這種來自室外的空氣真的是免費嗎?不一定。自然冷卻系統(tǒng)一方面增加系統(tǒng)運行的復雜性,一方面提高設(shè)備運維費用。如果這種復雜性不能被很好的管理或識別,會提高自然冷卻能耗成本以及運營風險。
密切注意氣候
氣候是最明顯的可變因素。氣候炎熱的時候自然冷卻能力就會下降,需提高室內(nèi)溫度,或?qū)⒆匀焕鋮s與傳統(tǒng)制冷相結(jié)合,確保室內(nèi)溫度保持數(shù)據(jù)中心溫度規(guī)定范圍內(nèi)。
多操作模式是另一個復雜的因素。比如,在 Facebook的Prineville(普賴恩維爾,美國地名)數(shù)據(jù)中心自然冷卻系統(tǒng)使用八種不同的模式,(可應用于不同的氣候條件),對來自外部的空氣進行優(yōu)化,適用于不同氣候條件下的蒸發(fā)冷卻。使用通過壓縮冷卻增加的直接外部空氣的自由冷卻系統(tǒng)具有至少三種不同的操作模式。
維護也變得更加復雜。自然冷卻增加與室外空氣直接接觸的移動機械部件(例如,空氣阻尼器和制動器)的數(shù)量。室外空氣具有腐蝕性,可能導致阻尼器和制動器被卡住,或者不能提供冷卻,又或者導致系統(tǒng)無法引入室外空氣。具有蒸發(fā)制冷的自然冷卻系統(tǒng)增加對于冷卻水維護,這種維護需要進行化學處理和定期沖洗。
在數(shù)據(jù)中心溫度升高時,自然冷卻系統(tǒng)的復雜性能夠顯著降低溫度,并并帶來節(jié)能效果。
高故障率
自然冷卻系統(tǒng)的高故障率在能源效率、建筑技術(shù)文獻里都有記載。一篇由Kristen Heinemeier在2014年美國節(jié)能經(jīng)濟委員會關(guān)于建筑節(jié)能的研究報告中發(fā)表的撰寫的題為《 Free Cooling, At What Cost》是一篇較為實用的文章。
Heinemeier對節(jié)能裝置(直接自然冷卻)進行調(diào)研,了解故障的發(fā)生率以及帶來的影響。她發(fā)現(xiàn)盡管節(jié)約裝置是一項很好的節(jié)能技術(shù),但是它們在實踐中的表現(xiàn)并不理想。比如,僅在加利福尼亞州,在接受調(diào)研的設(shè)施中,外部空氣阻尼器有30%-40%的時間是不使用的。她表示:“這種類型的故障意味著節(jié)能裝置并不節(jié)能,同時,外部外部空氣也沒有進入室內(nèi)。其他研究發(fā)現(xiàn),在加利福尼亞的數(shù)據(jù)中心在RTU(遠程測控終端)上設(shè)定的溫度最高值是不正確的,導致能夠在使用自然冷卻內(nèi)的時間縮短。”
最近參觀兩個國家的不同跨國公司的五個數(shù)據(jù)中心,發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)中心使用制冷設(shè)備來自三家不同的制造商。
通過參觀的幾十臺自然冷卻單元中,發(fā)現(xiàn)幾乎所有的制冷單元存在容量不足、配置缺陷或者設(shè)備不工作的問題。具體問題包括控制器配置、傳感器故障、安裝故障、機械故障。
案例:
1、某一數(shù)據(jù)中心,室外溫度低,空氣阻尼器關(guān)閉的,制冷單元只對室內(nèi)氣流進行循環(huán)。這是由于DX(直接膨脹)壓縮機非必要的運行,導致運營成本高昂。運營商知道應該運行自然冷卻系統(tǒng),但并不知道為什么沒有運行。自從大約一年前,安裝自然冷卻單元以來,該設(shè)施就一直在運行。經(jīng)調(diào)研表明,控制器配置不正確,配置錯誤的控制邏輯阻止了自由冷卻操作。
2、某一數(shù)據(jù)中心,發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)正在運行,將室外空氣引入室內(nèi)。然而,由特定制冷單元排出的氣流并不像預期的溫度那么低。對制冷單元的檢查顯示,外部阻尼器和回風阻尼器都是關(guān)閉的。外部空氣阻尼器上的阻尼器執(zhí)行器夾具已經(jīng)掉下或被移除,使得阻尼器完全處在關(guān)閉位置。通過對傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)進行分析,確定問題。該部門的情況顯示,外部空氣阻尼器和回風阻尼器關(guān)閉。外部空氣阻尼器上的阻尼器執(zhí)行器夾具已經(jīng)掉下或被移除,使得阻尼器卡在完全關(guān)閉位置。通過分析來自冷卻優(yōu)化傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)來確定這個問題。
3、某一數(shù)據(jù)中心,可以看到控制系統(tǒng)、阻尼器同時運行,產(chǎn)生冷空氣,只是不是很多。測量穿過外墻的室外進風口的溫度。從戶外進風管道,需由法蘭連接。還有一個數(shù)據(jù)中心,采用相同的自然冷卻設(shè)備,外部通風管道直接進入室內(nèi),沒有使用法蘭。法蘭安裝使制冷單元通過空心墻結(jié)構(gòu)吸入空氣,使自然冷卻容量降低40%。這一問題也通過分析傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)得到確認。
(備注:法蘭連接就是把兩個管道、管件或器材,先各自固定在一個法蘭盤上,然后在兩個法蘭盤之間加上法蘭墊,最后用螺栓將兩個法蘭盤拉緊使其緊密結(jié)合起來的一種可拆卸的接頭。)
值得注意的是,雖然每種情況下自然冷卻系統(tǒng)都存在問題,但是這些問題都是可以解決的,同時,并不需要過多花費。更重要的是,運營商并不是總能意識到他們的自然冷卻系統(tǒng)已經(jīng)受影響,意識不到,自然就不會解決問題。由于缺乏預見性,導致造成的額外的成本支出以及潛在的過熱風險之外,這些設(shè)施將花費大量金錢去尋求一種解決方案,但事實上,他們現(xiàn)有設(shè)備就能滿足目前運行需求。
監(jiān)控制冷系統(tǒng)
因為自然冷卻系統(tǒng)工作時是高效的,因此,要能做到自然冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)安全運行和,并享受到因此帶來的優(yōu)勢,需要通過可視化監(jiān)控系統(tǒng)降低風險發(fā)生幾率。在加利福尼亞州,動態(tài)監(jiān)測,分析和診斷結(jié)合視覺檢查將揭示問題,并有助于確保在復雜的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施中持續(xù)和正確地運行自然冷卻。 在運行關(guān)閉這一類的重要任務中,使用遠程監(jiān)控和分析結(jié)合智能報警是確??煽窟\行自由冷卻的唯一方法。
隨著自然冷卻成為制冷任務關(guān)鍵設(shè)施的標準手段,考慮其增加的風險和復雜性至關(guān)重要。通過對冷卻系統(tǒng)進行監(jiān)控并與智能分析和控制層相結(jié)合,是確保數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)安全運行最有效的方式。