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腾讯历代数据中心水蓄冷节能技术

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时间: 2018-04-28
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1、腾讯历代数据中心制冷技术总览

第一代数据中心,出现在2007年深圳宝安,它的特征为地板下送风以及冷通道封闭;第二代数据中心,出现在2010年天津,在第一代基础上,采用了离心冷水机组、板换自然冷、新风自然冷以及水蓄冷的技术;第三代数据中心,出现在2012年的宝安四期,这一时期采用了大量的CFD仿真、水平行间送风以及模块化的设计理念;

腾讯历代数据中心制冷节能技术

腾讯历代数据中心制冷技术总览

2、腾讯第一代数据中心制冷节能,末端冷量利用优化

早期的数据中心机房内,普遍采用风冷精密空调,仅为了解决用户眼前的资源需求问题,尚未涉及到节能层面。随着业务规模和服务器数量的增长,宝安一期机房,采用了风冷精密空调+地板下送风的方式;宝安三期机房,则采用了风冷精密空调+地板下送风+封闭冷通道的形式。

腾讯历代数据中心制冷节能技术

 

第一代数据中心制冷节能情况

可见,通过简单的气流组织优化,提高了末端冷量的利用效率,达到了显著的制冷节能效果。(备注,图中PUE为某一时期的横向对比,非年平均值)那么优化气流组织,更进一步的分析其节能原因如下图所示:

腾讯历代数据中心制冷节能技术

第一代制冷节能原因分析

表面上理解,通过气流组织优化房间内温度场更加均匀,规避了“大马拉小车”的现象。但实质上还是会对冷机和风机的有性能影响:1、由于送风温度升高,制冷蒸发温度有所提高,在冷凝温度不变的情况下,从压焓图上可以看到,单位流量的制冷量提高而压缩机的压缩功减少,制冷效率提升;2、由于送回风通道阻力下降,管路阻力曲线变得更加平缓,对应于相同流量的压头下降,所以匹配的风机转速降低,风机功耗下降。

3、腾讯第二代数据中心制冷节能,优化冷源产冷

相比于第一代的宝安数据中心,腾讯自建天津数据中心增加了离心冷水机、板换自然冷以及水蓄冷的方案,制冷能耗进一步降低。

腾讯历代数据中心制冷节能技术

第二代数据中心制冷节能情况

在第一代宝安机房的末端冷量优化的基础上,天津数据中心更多是在制冷源头上做文章。如何优化冷源产冷,进一步分析其节能原因:

腾讯历代数据中心制冷节能技术

第二代制冷节能原因分析

解释如下:1、相比于风冷精密空调,采用冷冻水系统,冷机制冷的冷凝温度可以控制在更低的范围内。在制冷蒸发温度不变的情况下,从压焓图上看到,冷凝温度降低使得单位流量下制冷量增大,而所消耗的压缩功减小,制冷效率提升;2、通过提高冷冻水送水温度,直接提高了制冷蒸发温度,使得冷机更加节能;3、由于是采用的水系统,可以很灵活的通过板式换热器来实现Free Cooling,省去了压缩机的压缩功以及风冷机制冷剂压力控制所需要的额外功耗等;4、关于水蓄冷,通常说只省电不节能,这个说法应该还不够全面。从典型的离心机工作性能曲线上看到,压比随着流量增大而下降,制冷效率则存在最佳设计工况点。所以通过水蓄冷,调节负载分配,也是可以起到一定节能效果的(尤其在负载较低的情况下)。

腾讯第二代+数据中心制冷节能,天津实验机房补充一下腾讯二代+的制冷方案,出现在天津自建数据中心实验机房,采用了封闭热通道+新风自然冷的方式。该机房的PUE做到了1.3以下,但更重要的是,通过实验性质测试我们队空气质量、过滤成本等有了更多的经验和认识。

腾讯历代数据中心制冷节能技术

第二代+数据中心制冷节能情况

取消“制冷”环节,也成为数据中心制冷节能的共识。

4、腾讯第三代数据中心制冷节能,精细化制冷

典型代表是宝安四期微模块机房,由于机楼限制,采用了传统风冷冷水机组再加上MDCv1.0(目前最新版本已到v2.2)的方案,在深圳的秋冬季节将PUE降低到了1.4左右的水平。

腾讯历代数据中心制冷节能技术

第三代数据中心制冷节能情况

这个阶段,通过定制末端水分配单元以及列间水平送风空调,用标准化、产品化的设计和交付,实现精细化制冷降低了能耗,并且更重要的是降低了运营复杂度,提高了制冷节能的稳定性。

相比于第一代宝安机房的末端冷量优化,第二代天津数据中心优化冷源产冷,第三代数据中心制冷节能更多的是体现在制冷精细化方面:

腾讯历代数据中心制冷节能技术

 

第三代制冷节能原因分析

精细化制冷节能,包括四个方面:1、由于列间空调就近送风,送风距离短,可以适当的提高送风温度和冷冻水温度,从而利于提高了制冷蒸发温度,提高冷机制冷效率;2、通过大量运用CFD有限元仿真,确定了模块内最优的颗粒度和布局,使得温度场更加合理;3、微模块分批启用,减少冷量的无效循环,让冷风送到需要的IT设备位置,从而减小风阻,降低风机功耗;4、标准化的设置、产品化的交付,在线监控预警,避免由于节能目的而导致稳定性降低。

小结:前面回顾了腾讯目前数据中心制冷节能的发展历程,看似在时间和地域都存在较大跨度的三代制冷节能方案,实则却存在一定规律和联系。如下图:

腾讯历代数据中心制冷节能技术

腾讯历代数据中心制冷节能小结

数据中心制冷,其实就是一个冷量搬运的过程,分为冷源产冷、冷量传输和末端冷量利用三个环节。腾讯的三代数据中心制冷节能则是分别在三个环节上做文章,从而合力达到制冷节能的目的。也许,这就是数学和逻辑的道理。(未完待遇,敬请期待)


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