本文作者：Mukul Anand, Johnson Controls
通过将风冷磁力轴承冷水机组和关键任务空气处理机组与开源数字平台的复杂 AI 功能相结合，数据中心可以通过允许动态（而非静态）冷冻水设定点来减少能源使用。
任何数据中心的首要目标都是完美的数据处理；实现这一目标的关键是高可靠性和最大限度地延长正常运行时间。然而，为了减轻气候变化的影响，另一个属性变得同样重要——最大限度地减少对环境的影响。由于维持正常运行时间传统上需要大量的能源和资源，因此这些目标似乎是不一致的。
数据中心是能源最密集的建筑类型之一，每层能耗是标准商业办公楼的10 至 50 倍，合计约占某些国家全国总用电量的2%。随着全球许多技术领导者做出重大的净零排放和水承诺，他们正在寻求新的创新来可靠地减少能源和资源的使用。
除了服务器消耗的电力外，HVAC设备还占数据中心40%的用电量。为了实现可持续运营和盈利，这些设施必须优化HVAC能源效率，同时确保数据中心的正常运行时间。
暖通空调和智能建筑技术的最新创新使这一成果成为可能，减少能源和水的使用、碳排放和成本，同时确保最高的可靠性。任务关键型机房空气处理机组与风冷式磁力轴承冷水机组、数字解决方案和楼宇自动化技术相结合，可以显着提高数据中心的可持续性，同时维持支持可靠性和正常运行时间的环境。
维持冷通道温度
冷通道的温度决定了HVAC设备和服务器风扇的工作强度，从而决定了它们消耗的功率，以确保有适当的空气量流过服务器以带走热量。冷通道温度越高，冷水机功耗越低。冷通道温度较低，需要的气流量较小，空气处理单元风扇和服务器风扇的风扇功耗也较低。
为了防止数据中心空白区域出现热点并确保正常运行时间，数据中心冷却策略历来倾向于较低的冷通道温度和较高的气流——甚至超出了所需的范围。这种多余的气流可以作为接近要求边缘的应用的缓冲区。例如，如果某个服务器的负载高于平常，则它可能会导致冷通道缺乏冷空气，并可能导致过热。额外的气流提供了安全网，但也浪费了能源。
服务器技术的进步使得最新一代服务器能够在较温暖的冷通道的高温环境条件下运行。可以在更大温度范围内运行的服务器使得可接受的冷通道温度范围更广成为可能。
通过优化冷通道温度，数据中心可以消耗冷却所需的最小电力。目前，该温度是一个静态数字。然而，对动态冷通道温度影响的研究证明，动态冷通道温度可以根据数据中心负载在任何给定时间的环境条件提供最佳冷却，而且现在已经有了实现这一目标的技术。例如，当室外非常冷时，可以使用经济冷却或自然冷却，同时降低冷冻水设定值并降低冷通道温度。
这减少了机房空气处理器和服务器风扇的气流和功耗。当数据中心使用静态冷冻水设定点和静态冷通道温度时，就会失去这个机会。
不同效率冷水机组的功耗与冷通道温度对比
在一年中最热的下午，冷水机组的功耗最高，因为冷水机组的升力很高。冷水机扬程是指冷凝器中制冷剂与蒸发器中制冷剂之间的压力差。在较高的扬程下，压缩机消耗更多的功率来驱动热力循环。
通过在下午几个小时内提高冷冻水设定点和冷通道温度，可以减少升力，这减少了冷却器压缩机的功耗。业界使用 ASHRAE IT 设备空气冷却热指南中的术语“临时偏移”。
将风冷式磁力轴承离心式冷水机和关键任务计算机房空气处理器与开源数字平台和楼宇自动化系统相结合，可以在任何给定时刻驱动冷通道温度，以适应数据中心的负载。动态冷冻水设定点和动态冷通道整体温度有助于优化数据中心的功耗，而不会影响数据中心的正常运行时间。这种持续优化的方法可以实现数据中心的最佳实时能源效率，同时提供有助于维持正常运行时间的冷通道温度。
不断发展的行业的创新技术
从历史上看，数据中心使用的冷水机和其他暖通空调设备是为舒适冷却而设计的，而不是数据中心。在舒适制冷中，冷冻水设定点约为 44 华氏度（6.6℃）。然而，服务器制造商越来越适应在更高温度下运行的处理器和主板，这意味着它们可以使用高达 80 华氏度（26.6℃）的冷冻水进行冷却。
数据中心应用冷水机组的创新使得冷冻水设定点可以达到 70 至 80 华氏度，有时甚至更高。当使用自然冷却时，可以降低功耗并增加每年的小时数，从而显着减少数据中心全年消耗的电量。
风冷式磁力轴承离心式冷水机专为数据中心设计，针对当今数据中心行业普遍存在的白色空间和电梯内的升高温度进行了优化。它们可以提供高达 80 华氏度的冷冻水温度并满足低升力的要求，从而提高能源效率。
虽然大多数数据中心使用带有自然冷却盘管的风冷式冷水机，以受益于较低的环境条件，但风冷式磁力轴承离心式冷水机可以在倒置条件下运行，并提供自然冷却，无需额外的自然冷却盘管。添加到冷水机冷凝器中的自然冷却盘管可能会导致效率低下和额外的压降，以及更重的设备和更大的碳足迹。它们增加到冷水机上的重量都体现为碳，从构成线圈的金属到较重的运输和索具重量，再到需要本身含有更多钢材的建筑结构来支撑屋顶上的额外重量。使用更轻且无需倒转操作的冷却装置可以在多个方面对建筑物本身的碳足迹产生积极影响。
无摩擦的磁力驱动器也有利于正常运行时间。如果电源中断，典型的冷水机组可能需要长达 10 分钟才能重新启动。相比之下，磁力轴承离心式冷水机的压缩机重启时间要快得多，恢复供电后仅需三分钟即可恢复满负荷。由于风冷磁力轴承离心式冷水机采用变速驱动，因此不存在浪涌电流。这意味着快速、受控地恢复到满容量和设定点。
为了进一步提高数据中心的可持续性，风冷式磁力轴承冷水机产生的噪音明显低于许多螺杆式冷水机，有些还使用 R-1234ze，一种具有超低全球变暖潜值 (GWP) 的制冷剂。
不同类型冷水机的噪音级别
当连接到基于人工智能的解决方案时，风冷磁力轴承离心式冷水机组与采用电子换向电机 (ECM) 设计的高效关键任务机房空气处理器相结合，可以将冷通道温度与实时负载相匹配，并优化能源使用每时每刻。拥有动态冷冻水设定点和冷通道温度可以优化能源使用，而不会对数据中心的正常运行时间造成风险。
根据实时情况优化能源使用
智能数字服务，例如基于人工智能 (AI) 的解决方案提供的服务，与风冷磁力轴承离心式冷水机组和高效关键任务机房空气处理器集成，提供最优化的能源解决方案。结合动态水设定点和常规冷冻水重置策略，可以进一步节省能源。这些解决方案根据实时条件优化气流，并可以显着减少数据中心的能源使用。
作为数字平台的一部分，基于人工智能的解决方案可以是位于楼宇管理系统 (BMS) 之上的咨询或监督功能。在那里，它确保数据中心人员可以评估实时数据中心负载和周围环境条件下的实时数据中心需求，并了解历史负载模式或趋势。有了这些有价值的信息，设施管理人员可以确保系统尽可能高效地运行。
冷冻水重置策略有助于减少环境温度较高的数据中心在高峰需求期间的能源使用。冷水机的功耗取决于扬程，扬程较低意味着能源消耗较少。在一年中最热的下午，需要较低的冷冻水温度来冷却数据中心。为了实现这一目标，升力和功耗通常很高。然而，冷冻水设定点可以在下午四到五个小时内调整到更高的温度，以提高系统能源效率，同时依靠机房空气处理器中高效 ECM 风扇的小幅提升。
这种冷冻水重置偏离了标准条件，并且不受某些服务级别协议的允许。为了提高整体效率和数据中心的可持续性，在服务水平协议中包含每年一定小时数的冷冻水重置非常重要。
利用历史趋势，智能冷却系统可以预测并为下一次负载变化做好准备。例如，如果数据中心在上午 8 点左右持续产生大量热量，则系统可以自动从上午 7 点开始逐步提高容量，而不是在上午 7:59 时以 100% 的容量运行。这种逐步的提升可以最大限度地减少系统峰值，提高能源效率，甚至可以延长设备寿命。
数字解决方案、互联设备和楼宇自动化技术的结合可以使数据中心更加智能、更加可持续。这些解决方案使设施管理人员能够持续实时监控设备运行状况和能源消耗，同时实现关键流程的自动化。一些解决方案还提供易于阅读的仪表板，用于显示趋势并在设置参数偏离指定值时通知指定人员。这使得设施团队能够解决问题、发现节能机会并推动最重要的成果。
同时提高能源效率和正常运行时间
技术领导者有非常严格的可持续发展目标，并且有紧迫的期限来实现这些目标。数据中心配备创新解决方案以帮助尽快实现这些目标至关重要。专门设计的风冷磁力轴承离心式冷水机组与人工智能驱动的关键任务计算机房空气处理器相结合，可以根据现实世界的空白空间条件优化可持续性，并在保持正常运行时间的同时显着提高数据中心效率。
随着服务器在高温环境条件下运行的能力越来越强，数据中心所有者和运营商也越来越适应温暖的冷通道，HVAC 设备必须准备好在更高的冷冻水设定点和更高的冷通道温度下运行。这种长期持有的设计思维方式的转变提供了创建更智能、更可持续的数据中心架构的机会，该架构能够协作并增强整体能源效率和可靠性。风冷式磁力轴承离心式冷水机、关键任务机房空气处理器和基于逻辑的 BMS 可以与数据中心一起成长和发展，从而在今天和明天提供持续改进。
