依米康陈渊：数据中心的高效制冷之道

　　2015年4月15日，由中国计算机报主办，中国计算机行业协会、中国计算机用户协会、中国信息化推进联盟数据中心专业委员会协办的“2015年第八届中国数据中心大会”在京召开。以下内容是四川依米康环境科技股份有限公司陈渊发表的题目为《数据中心的高效制冷之道》的主题演讲。

　　陈渊：大家好，各位领导各位嘉宾，各位专家下午好。我呢是依米康环境股份有限公司的陈渊，今天非常高兴有机会向大家汇报我们依米康公司在数据中心进行制冷的时候的一些心得。

　　那么我们大家都知道在我们的这个计算机行业内的话，它有一个比较著名的这样的摩尔定律，这个摩尔定律指的是什么?它的主要内容是在我们的集成电路上可以容纳的晶体管数量是没随着18个月左右的时间就会增加一倍，同时我们的集成电路的性能也会提高一倍。这个摩尔定律最初是在1965年是上世纪的1965年的四月份由戈登摩尔博士在电子杂志上提出来的。他当时根据这个时间的话，他说的这个18个月的时间间隔，它当时提出是一年12个月左右的时间，这个晶体管的数目就会增长一倍的情况。但是随着业界的发展，到了1975年的时候他根据那时候的发展，提出来这个时间增加为两年的时间。也就是说两年24个月这样的基础的集成电路的性能会有一个密度的体提升和性能的提升。

　　到上世纪80、90年代的话，业界做了反复的探索，目前来说业界承认的是一个18个左右的时间有一个密度的提升和性能方面的提升。这是摩尔定律的情况。这个情况也深深的影响到我们计算机性能的设备还有数据中心运营的状况。那么这个会带来一个什么样的情况呢?这个会带来一个情况是我们的这个我们的服务器，我们的服务器机柜我们的数据中心都会面临着一个性能提升，热力加大这样的情况。那么必然的就需要发热的热量需要我们给它带走。因此我们需要做什么?我们需要进行制冷。这个图是一个简单的给大家的一个印象就是说明在我们的一个数据中心当中的话，它的耗容的分布的情况。大家看到我们用于设备的代表的制冷的方面的话，我们几乎要消耗掉跟我们IT五设备差不多的能耗。因此这个能耗对于数据中心来说是一个非常大的数据支出。因此我们在数据中心需要做到绿色、环保、能耗化，那么在制冷方面必须要做大幅度的压缩，才能让我们的数据中心降低能耗。因此我们觉得数据中心制冷方面的话，主要要解决两个方面的问题。

　　一个方面的问题是我们刚刚提到的就是这个发热密度，我们的这个服务器这个发热密度的话它是越来越高的服务器机柜从最开始的几百瓦的机柜，到现在这种自用机房的机柜达到两个千瓦或者是更高。在数据中心的话，五个千瓦左右的机柜已经是非常常见的情况了。那么七千瓦十千瓦以上的机柜也在逐步的增多。因此我们必须要解决这样一个发热密度这样的问题。那么，我们必须要能够把这样强的这个热流力度把它制冷冷却下来，保证我们的设备处于正常的工作状态。这是第一方面的问题。

　　第二方面的问题要解决我们制冷系统的能耗的问题。因为我们的数据中心的话，这个能源的相当一部分都花在了我们制冷方面。那么要降低我们的数据中心的这个能耗，降低我们的制冷的能耗，是非常有必要的一部分。因此，我们要解决我们这个数据中心制冷的两个问题，这是最主要的。

　　那么，要解决这两个问题，我们有一些什么样的办法呢?第一个就是不断提升现有产品的能效。这个尤其适合在风冷的方面，因为对于目前大多数的客户，还是在自己的单位里面有一个小型的数据中心，或者说叫信息中心这样的称呼。那么在这里面的话使用的这个空调大部分是一些小系统的这样的风冷系统的空调。因此提升这部分的能效是非常有必要的，解决大面积的用户使用的问题。

　　第二个是关于数据中心比较大型一点的数据中心的话，它如何来解决这个高制冷密度和高能效这样的问题。因此，对于这个大型数据中心来说，它必须要提高运用高制冷密度和高能效的产品。

　　最后是我们这个行业的发展的话，不能光是仅仅盯在制冷这一块。在所有的这些方面，我们都要提升我们的这个设备的这样的性能，才能保证我们整体的这样的一个系统是一个高能效的这样的一个情况。那么我们首先来看一下这个目前这种产品当中的这个能效的这种提升。那么这种提升的话主要我们刚才已经说了，最主要是运用在风冷系统的设备上，这个风冷指令系统的设备上，传统能效做到两点几的水平，经过这些年的发展之后，包括我们依米康在内的行业的话，大部分的行业都可以把房间级的机房做到三点几的能效，能确保机房的能耗有效的供给，帮助我们的客户提高投资和运营的效率。

　　那么它通过什么方式来实现?大量的新技术在这些年得到了普遍的应用。包括我们的BC风机与传统的风机节能达到30%以上的设计。还有我们的换热效率，降低它的流通阻力。同时通过我们CMDA的气流组织模拟化，使整机的设计更加合理。通过设置保证我们的系统在更有效的上面。同时也开始使用一些微通道冷凝器的技术，使我们的系统能够更有效的提升。

　　还有现在应用比较多的航天系列的空调，也是在风冷系统上大量的使用变频压缩机这样的技术。还有通过EC风机的这样的应用，通过动态控制，通过检测我们环境当中究竟需要多少的风量、制冷量这样来帮助我们有效的提升设备的能效，还有就是这种技术的升级。

　　那么这个是对于我们小型的这种单位的这种数据中心来履行这样的一种单纯的小系统的提升。对于我们一些大型的客户，一些大型的数据中心的话，我们可能需要采用一些其他的一些更多的办法。那么这个就是最主要是运用一些更高制冷密度更高能效的产品。

　　我们把这个高能耗高制冷密度的系统的话，我们是采用高能壁式的制冷空调。那么我们依米康有蒸发冷却的制冷空调。我们看一下高能密室的数据发展。大家在这个行业内都是非常有经验的，可能使用最多的都是冷冻水这样的系统，因为冷冻水系统可以改变它节能的方式，在大型数据中心当中，冷冻水的这种系统化使用是非常普遍的一种形式。

　　这个是整体架构上采用冷冻水的方式。具体到我们数据中心当中的末端，他们是怎样的处理呢?传统是采用普通的冷冻水的精密空调，这个目前来说仍然是业界使用最大量的产品。但是我们业界也开始在摸索新的方向，这个方向是什么?一个方向是微型化。我们把每个单体的空调它的制冷量做小，尺寸规格也做小，这样很容易搭配进我们的服务器行列间，尤其是这种小型化的空调这样的应用的话，开始推动了整个产业内的微模块的这样的应用。微型化里面它的末端的表现形式是什么?包括我们的连接空调，包括我们顶置空调还有底置空调，还有前门、后门制冷的空调，通过这种方式，通过这种制冷末端的话，和我们的服务器机柜那么可以做成一个完全标准化这样的一个微模块这样的一种形式。

　　因此最近这个时段，这个方向发展的话是非常非常的迅猛的。那么这个是它业界在微型化方面的发展。还有一个方向是大型化的这样的发展。也就是说我们不满足于标准的业界通常使用的冷冻水空调的时候，大概标准的产品在150千瓦的水平，我们希望有单体制冷量更大的产品，因此出现了新的一种形式，我们的风强和依米康高能壁式的风强。风强的系统大家通过这个上面看到，它是通过我们把风机模组化把它和我们的机房的墙壁融合在一起，然后把我们的换热端的模块拆到远端去使用。远端的起始的位置我们从风机模组开始，直接的吹入我们整个机房的内容，然后通过我们服务器之内内部的风扇来换走服务器的热量。成为热空气之后，这个热空气通过我们设定的热通道来实现远端的模块。把这个热量从机房带出来，通过我们远端的模块把它因为远端的处理。再一次对这个风樯的话送入到机房当中来。这是它的这样的体系的这样的情况。它的这样的好处是在于把送风系统和我们换热系统分离开，可以提供一个更大密度的制冷的产品。同时由于我们整体的机房的墙壁都可以作为送风通道，因此它的送风通道的量级也可以得到提升。因此对于高密度的服务器的环境能够得到一个有效的制冷处理。

　　它有这样的优点，但是它也有自身的缺陷。它的缺陷是它的冷风是周围的机房送入，然后是充满在机房的环境当中。它无法对气流进行精细化的处理，它不能指定的多少气流来达到比较高的负载的位置，而是整体的冷却。因此在这个方面它还是有它的弱点。我们依米康的高能壁式空调就从这方面解决了这个问题。这个图上显示的情况，这个高能壁式的空调，它的换热器像这个墙体一样和我们的建筑融合在一起，这个热空气是在这个换热器当中进行了一个换热的处理。经过制冷处理的这个冷空气，通过我们送风的这个模块，我们可以采用高价地板的方式，也可以采用底置的方式处理。把这个冷空气通过高架地板送到风强当中。再加上我们的一个封闭的冷通道的这样的一种设计，那么在这种情况下就保证我们的冷空气可以穿过服务器，对服务器本身进行制冷的过程。然后把服务器的热量再次带回到我们的服务器上。这是它的形式。

　　这样机组的话它有一些什么优点呢?我们说它有几点，我们简单列四个优点。第一高效节能。在同尺寸规格下，它的制冷量提升几乎是100%的情况。怎么样达到这样的一个情况，是因为我们把换热模块从原先禁锢在一个空调框架内的一个尺寸把它完全放出来，变成一个完全大型的一个墙体的这样的一个结构，保证我们的换热面积得到一个大幅度的提升，而且它成为一个高效节能的情况。

　　第二是空间节约。因为相比起我们传统的这种冷冻水的精密空调，在同样的制冷量下，我们要完全机房的换热的情况下，我们采用高能壁式的空调，它的占地面积可以节约50%。

　　还有它是灵活配置的情况。它有三种这样的一个标准模块的结构。同时所有的结构都是非常简化的，所以可以保证它的稳定可靠的情况。我们来说一下它的高效节能体现在哪些方面?第一是各个模块可以集中在一起进行联控。第二是泰德风机采用下沉式，和地板进行安装，保证它的节能的实施。第三个就是我们的换热器壁式设计，这样保证气流分配是非常均匀的，同时换热效率也非常高，在这样的效率下，能够实现最小的风组，同时对风机的能耗节约也非常高。

　　我们说把这个高能壁式的空调结合我们的高架地板和冷方式的处理的话，可以形成一个有效的气流组织的形式，保证气流组分布均匀。同时通过，可调试试剂版它也能够灵活的需要制冷量，需要风量更多的地方得到有效的调节，通过这样的方式保证我们整体机房的均衡。大家看这个模拟是非常好的制冷的效果。

　　在空间节约方面，它主要体现在两个方向。一个方向是充分的利用我们的机房的这个高度，因为事实上在我们原本的机房的设计当中，但是实际上这个高度对我们来说没有得到有效的利用，除了去照顾我们机柜的高度，走线的高度，消防的高度之外，没有得到有效的利用。通过我们把换热器延展的方式，把这个空间得到有效的利用。

　　第二点把这个风机完全嵌入到地板当中使用，不占用空间。同时我们采用集中式的控制器，不需要在每台机器上都做这个控制器，这样也占用我们非常紧凑的空间。通过我们这样的设计，去除了传统的机房空调和机组它需要的周边的特别是正面的一个维护空间的要求，因此在这个方面实现了很大的空间节约。

　　再次就是我们模块的这种灵活性。我们是以85、1米7，2米55这三个模块的形式，以850的模式来设计的，三个模块的话，可以根据我们机房空间的大小进行组合，针对性非常强。同时它也有很强的安装适用性。不是我们在某一个墙体上来，我们在机房四周都可以采用这样的办法，因此它是比较灵活的结构。

　　最后是它的稳定可靠性，稳定靠性主要原来第一是器械的选择，第二是工艺性的设计。第三是对标准的全面的遵循，最后是完善的这样的一个措施和监控的手段，通过这样把我们机组系统整体的MBB的这样的平均无故障的时间是能够超过十万小时这样的情况。那么这个地方大家看到的是这种设备的话，它的四个主要的结构，其实大家看起来非常的简单，但是为了使把他们分开我们想了很多的办法把它实现出来了。一个是我们大家面积的化热盘管，一个是高效的风机这部分。第三部分是对冷冻水的形式的部分。最后是综合的这样的一个控制模块的这样一个部分。那么看起来是不是每个结构都非常简单，通过这种充分的简单的组合。一个方面保证了我们功夫的功能，另外一个是实现它可靠性的略甚。

　　如果我们使用原先的最大的标准化的机组，那么也就是150左右这样的一种冷冻水的精密空调，我们需要有六台才能满足我们的设备。如果采用N+1的形式我们需要采用6+1的形式进行，才能保证我们机房有效的消除。采用高能壁式的空调，他们我们采用四台这样的设备就可以了。大家看到普通的冷冻水控制只有1500千瓦的情况，我们高能壁式空调，可以达到300千瓦的制冷量。因此可以保证制冷量在完全相同的情况下，他们它机组的融侨比的话，从20.4的值，提到了27.8的数值。占地面积我们下降了差不多35%左右的水平。总体的运行费用可以降低30%方面的水平。从几个方面对于我们用户来说都具有相当大的收益的情况。

　　这就是我们高能壁式的空调的情况。下面想跟大家介绍是蒸发冷却的制冷空调。之所以做这个蒸发制冷的空调，是因为我们考虑到在整个一年四季的环境当中，在春秋冬三个季节，甚至包括夏季的早晚时段，那么室外的温度都是较低的。如果我们能够利用好低温的空气，我们就可能降低制冷系统的压缩机的能耗。因此能够降低压缩机的运行能耗的话，就可以有效的把系统的能耗都把它降低了。对于我们要使用这个室外的低温的空气，我们必须要进行两个处理，一个物理的净化处理还有一个化学的净化处理。一般来说低温的空气都是比较干燥的，一方面我们要对它的湿度的一个提高，同时利用提高湿度的时候，水的蒸发的时候，我还可以进一步的制冷的情况，保证我们的制冷更有效的运行。

　　机组的这样的这个外墙是这样的情况。左边是我们的室内型的机组的外形。右边是室外的机组机构。这些机组同时适用于数据中心、应用中心、计算机中心都可以使用的。这里面比较关键的一点是我们对于温度、湿度的控制，我们怎么来控制它，一方面测试室内的温度，另一方面测试室外的温度。通过温度的测试，利用我们精确的算法，来保证我们调整风阀，保证我们进入机房的空气是机房所需要的风量和制冷量，那么我们这种机组也是采用高要求、高适用性的特点的。

　　这种机组使用的位置是在什么样的地方?我们看到在我们整个大陆地区气温分布的这样的情况。在呼和浩特、哈尔滨、沈阳、北京一直到上海左右这个时候的话，都有非常好的能效表现。我们就以上海为例看一下，如果我们蔡约蒸发冷却的带风冷型的机组的话，它的制冷量是80千瓦，风量也几乎是相等的。我们投资成本，因为它本身也是一个压缩机制冷的这样的系统，因此它的投资成本是贵一些，大概贵40%左右的水平。但是在它每年的运行费用上的话，它可以有35%的节约的水平。我们大家知道，事实上我们现在的空调设备本身是不怎么值钱的东西，真正让我们客户花消大的是空调运行起来的电费。我们运行起来的话很快就可以把我们预先的投资很快的收回。这样的时间大概是1.1年的时间就可以把多余的部分收回了。剩下的就是我们在这个上面做的节约，节约的费用，节约的电脑，对我们客户来说是非常有效的投资手段。

　　这一点以上两种机型对我们空调应用的话是比较理想的两种方式，这是我们希望重点给大家介绍的东西。最后给大家说一下开发高能效系统的解决方案，因为我们说了在整体的数据中心当中，不是光是我们这个精密空调这一块来进行做这样的节能的处理。事实上围绕着我们数据中心会有很多这样的东西，一个制冷的设备。第二是IP设备，第三是电力设备，第四是节能服务与管理这四个方面。那么在这四方面我们依米康在制冷设备在电力设备还有节能服务管理方面都可以贡献我们对业界的支持。因为我们除了做这个制冷空调之外，我们也有高压直流电源的产品，我们在节能服务管理方面我们也有智能管理系统。我们除了在IT系统方面没有这个能力之外，在架构上，我们依米康都有能力为大家提供高能效的手段，来帮助大家降低数据中心运行的能耗，提高大家投资的收益，谢谢大家，我的汇报完了。

(本文不涉密)
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