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變頻器與電機如何高效冷卻數據中心?

數據中心的用電量極大,尤其是冷卻數據中心的IT設備。? 通過在冷卻系統中使用變頻器和節能電機可以大量減少能耗。關于這一點,我們采訪了ABB運動控制事業部的HVACR全球產品營銷經理Maria Fedorovicheva。

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數據中心冷卻過程中的效率提升為何如此重要?

作為現代計算基礎設施的一個組成部分,數據中心的用電量占全世界總發電量的大約百分之一。在確保數據中心的持續可靠性和可用性方面,冷卻系統發揮著關鍵作用,但它的用電量通常約占數據中心總用電量的40%。另一個耗電設備是IT設備本身。這些數據表明,能效提升應該從構成數據中心冷卻系統核心的風機、泵和壓縮機開始。

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是否有監管參數來控制數據中心的用電量?

作為行業聯盟,綠色網格提出了最常見的能效指標之一:電源使用效率,即進入數據中心的總電量除以IT設備用電量所得比值。在理想狀態下,數據中心的PUE應為1。

根據Uptime Institute開展的一項研究,多年來,數據中心的PUE水平一直呈下降趨勢,從2006年的2.6左右下降到2019年的1.7,盡管自2013年以來的近期趨勢是平緩的。要使PUE進一步降低,需要采取措施在數據中心運行周期內提高效率,并在新項目中采用尖端技術。在冷卻系統中使用變頻器和高效電機有助于大幅度降低電源使用效率。

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為什么選擇變頻器?

變頻器已被證明是一種高效節能的冷卻解決方案。變頻器可以使冷卻系統中的電機轉速得到精確控制,使冷卻系統在任何時候都能夠提供人們所需的溫度,從而實現約高達35%的節能。這與電機全速運轉,通過節流限制輸出的情況完全不同。電機轉速與能耗之間的關系意味著,即使只是適度降低轉速,也可以顯著提高能效。

雖然數據中心冷卻系統的規模足以應對極端情況下(包括夏季高溫和部件故障)的峰值負載,但它們很少在其設計的負載狀態下運行。相反,它們大多在輕載狀態下運行。變頻器提高了電機的靈活性,使冷卻系統能夠適應不斷變化的負載情況,因此即使在部分負載下也能保持系統的高效運行。

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電機技術是否也很重要?

當然。不同的電機技術會根據負載表現出不同的性能。當負載為25%時,電機技術之間的效率差異很容易超過10%。因此,根據電機在多數時間的運行負載范圍來選擇電機是可取的。在大多數情況下,這個范圍不是額定負載,而遠低于額定負載。

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關于冷卻過程的效率,是否還有其它考慮?

事實上,整個系統的效率很重要——我們可以使用損耗盡可能低的高效電機來拖動泵、風機或壓縮機等設備,并利用變頻器使電機轉速符合需求,從而實現節能。但如果風機設計,使它產生巨大的空氣動力損耗,整個系統的能效或電能轉化空氣動能效率可能會受到影響。這就意味著,在考慮數據項目的能源效率時,必須評估整個冷卻系統的能效,而不僅要逐一考慮每一個元器件。

隨著數據中心中服務器密度不斷增加,其熱負荷也隨之增大。面向未來的數據中心冷卻系統必須具有可擴展性,以滿足未來的需求。關于可擴展性,是指在數據中心規模擴大時,冷卻系統可根據不斷變化的負載加以改變。同樣,專門為供暖、通風和空調應用而開發的變頻器以及高效電機(不僅可以以額定速度運行,還可以在部分負載下運行)帶來一個很重要的優勢,因為它們的設計具有靈活性和可擴展性。

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