01目标和概述

传统数据中心存在局部热点难以消除、传热效率低、制冷系统能耗大等缺点，带来了大量的温室气体排放，消耗了大量的水资源。随着云计算、大数据、5G等新兴技术的落地，数据中心流量急剧增长，IDC的发展从服务器机房向大型超大规模部署演进。然而，我国已建成运行的数据中心能耗普遍较高，年耗电量约占全社会用电量的2%。因此，发展绿色数据中心，努力实现能源效率最大化和环境影响最小化迫在眉睫。

建设绿色数据中心是构建新一代信息基础设施的重要任务，是保障资源环境可持续的基本要求。如何提供更高效的资源使用效率和高质量的算力，“全新风自然冷却模块”是安瑞可给出的解决方案。

“全新风自然冷却模块”聚焦绿色节能技术，采用新风+蒸发制冷模式，直接将室外温度适宜的冷空气引入室内，使得室外冷风与室内热风进行换热从而带走数据中心的热量，降低其温度。冷热气流双遏制，出色的制冷效率可使全年平均PUE降至1.1以下，不仅可以节省电能成本、建筑成本和水系统成本，也提升了环境效益。

02解决方案介绍

2.1　系统架构

（1）进风阀

通过PLC控制的高可靠性电动阀门，在外界空气温湿度及空气质量符合进风要求时，开启进风阀，直接引入外部自然冷源给模块降温。

（2）过滤器

G2级别的初效过滤器，可以滤除空气中的粉尘等杂质，F8级别的中效过滤器，则可以有效过滤空气中的化学污染物，有效保护IT设备，免受硫化物和氮氧化物的侵蚀。过滤器前后的压差传感器，则可以对过滤器的更换做出预警。

（3）蒸发冷却系统

模块配置4级蒸发冷却装置，当纯新风无法满足制冷需求时，自动根据需要开启适当级别的湿膜加湿器，在保证设备运行湿度的前提下，通过水的蒸发带走多余热量。

（4）风机

12个EC风机，每小时最高可产生117600立方米的风量，用最小的能耗，把满负荷运行时产生的350kW热量迅速持续的带出模块。

（5）混风阀

当外界空气湿度升高超过限定时，可打开混风阀，将排出的热空气与外界空气混合，以降低湿度。

（6）机柜

既可以使用完整的52U 19英寸IT机柜，保留传统机房的观感，也可以直接使用更简单的开放式机架，在模块的层级来管理设备。

（7）排风阀

需要时可以完全关闭排风阀，隔绝模块内外的空气。

（8）配电系统

模块支持2N配电，通过两端的配电柜，将关键电力，输出到母线，继而分配到各个机柜。机柜后部配置两个智能PDU（可选开关型），实现对用电的精细化管理。

2.2　直接新风加蒸发制冷技术介绍

直接新风，是指直接把机房设计成开放式环境，利用外界环境空气带走热量，这是解决服务器热量的全新方式。

外界的环境温度都是不固定的，所以在一些特殊环境温湿度情况下，采用新风加蒸发制冷的方式进行降温或者增湿。

当然这个也不是一个简单的新风，自然风进入机房将热量带出的同时也需要考虑外界环境的温度与湿度。在温度过高或过低、湿度过高或过低的情况下如何在不同环境的工况下能保障不结露，并保障服务器在厂商提供的允许工作工况下进行工作。

此技术根据外界环境和负载情况有三种工作情况：

（1） 新风模式（如图1所示）

• 外界环境空气的温湿度在允许范围内，不需要做任何控制，外界环境空气进风服务器直接把热带走，热直接排入外界环境中。如果是模块放室内，需要把热排到室外。

• 外界温度过高，使用蒸发制冷降温，使温度降到允许范围内，同时湿度升高但也在允许范围内。

• 外界湿度过低，使用蒸发制冷加湿，但温度减低的同时也可以控制在允许范围内。

（2）混风模式（如图2所示）

• 利用热回风做升温

• 利用热回风做除湿

（3）纯内循环模式（如图3所示）

外界温度比较冷，并且负载不大的情况下，所有进风、排风阀关闭。全部内循环模式。

另外，此三种模式具有以下特点：

• 均可添加辅助机械制冷（水冷和DX），在一些特定工况下，可以单独使用机械制冷；

• 均使用冷热通道全部封闭模式，有很好的气流管理模式，并且气密性非常好；

• 全国大部分地区可以50%以上时间可以使用新风模式，PUE可以做到1.15左右。

数据中心直接新风制冷技术是国内全新的一种技术，利用绿色的自然风带走服务器的热量，同时可以根据不同地带的气候条件通过利用蒸发制冷或者机械制冷来控制服务器进风端的温湿度。

该技术经过两年多测试，在一些项目的应用效果表现优良，希望以后能在更多的数据中心和IT机房应用，为边缘计算解决方案的发展贡献一份力量。

03代表性及推广价值

（1）应用情况

“全新风自然冷却模块”目前已应用的案例：蒙大拿大学（美国）、ABC联邦大学（巴西圣保罗）、欧洲核子研究组织（芬兰卡亚尼）、GIGA数据中心（美国夏洛特）、法国气象局。模块化数据中心获得了Tier ReadyⅢ认证。

（2）经济效益

传统数据中心的PUE通常在1.6左右，全新风自然冷却模块利用直接新风+蒸发冷却技术，可将PUE降至1.1以下。对于1kW的有效IT负载，总耗电量可以从1.6kW降至1.1kW，非IT耗电从0.6kW降至0.1kW，大幅降低了电能消耗。通过减少80%的能源损耗，降低碳排放。

（3）商业价值

工厂预制化出货，现场只需简单组装即可投入使用，有效缩短数据中心建设周期，简化数据中心运维，提升工程质量，相对于传统数据中心可节省约30%运营成本。模块化设计，可根据实际需求增减模块，可扩展性强。单机柜可实现5kW~35kW，释放更多算力，可将100kW的电用到IT负载上，相比传统产品的电能利用率可提高40%以上。

摘自《自动化博览》2019年增刊《边缘计算2019专辑》