導入智慧節能設備 使空調能耗完美降落

採用機櫃式空調，可望就近製冷，縮短冷空氣流動路徑，使電腦機房內不再需要多餘的空調供應。來源：Baltneta

機房節能之關鍵議題，重點就在於設法降低空調系統的能耗，部置冷熱通道確實是箇中入門功課，若欲再求精進，則需採用一些訴諸智慧節能的先進設備，以期促使PUE繼續完美降落。

曾有業者提到，不論藉由用戶端同仁自行集思廣益，抑或委由外部專家提供專業諮詢，因而建立冷熱通道，避免混風現象導致熱點產生，相關舉措其實只能算是前導，真正的重點，應該擺在冷卻系統的硬體建置。

由此看來，企業主或機房管理者意欲抑制空調系統能耗，即便已做好冷熱通道的分離或封閉，仍需審慎檢視機房之空調系統架構與所有組成元件，從中找尋可以改善的空間，必要時斥資將低效率設備予以汰換，也是在所難免之事。

綜觀空調系統架構  尋求節能改善空間

首先，就讓我們重新審視機房的空調系統架構暨組成元件，大致涵蓋哪些主要內容。其一是製冷系統，其扮演著機房冷卻的軸心角色，提供機房所需之冷源，重要性不言可喻，其產品型態則包括了水冷式冰水主機、直膨式壓縮機、氣冷式冰水主機，以及熱交換器。

其二是散熱系統，負責將製冷系統所吸收之機房熱量，排放至機房以外的環境，其產品類型含括開放式冷卻水塔、密閉乾式冷卻器、複合式散熱設備，以及冷凝器。

其三是送風系統，旨在將被製冷系統所冷卻的空氣，協助配送到IT設備以進行冷卻，相關產品類型包括了電腦機房空調箱(CRAH)、直膨式電腦機房空調機(CRAC)，以及液體冷卻單元。其四則是外氣系統，負責處理機房新鮮外氣的補充，藉以建立正壓環境，並調節外氣進入機房的溫濕度條件，以及維持空氣品質；其產品類型包含冰水冷卻冷媒系統，或是直膨式冷媒系統。

前述所有內容，每一項都具備節能的改善空間，此處茲將其間較重要的部分予以羅列。從壓縮機開始說起，不論是直膨式製冷系統、抑或冰水主機，都需要仰賴壓縮機善加控制製冷系統蒸發器的運轉壓力，提供系統源源不絕的冷媒循環量，以產生製冷功能；而壓縮機需要隨時進行容量調節，始可匹配蒸發器負載，以有效避免機房溫度過高或過低，因此在傳統實務上，多會針對壓縮機實施起停控制，殊不知礙於系統負載甚難達到理想狀態，導致壓縮機起停頻率偏高，對系統壽命與穩定性是一大傷害，為解決此問題，只好設定較高或較低的蒸發壓力，以減緩其起停頻率。

然而蒸發壓力過高將導致冰水溫度、空間溫度走高，恐難以達到機房所需冷卻效果，反之，若是蒸發壓力過低，也會導致壓縮機效率下滑，形成高能耗狀態。值此時刻，企業不妨考慮採用變頻式壓縮機，藉由變頻器來適當控制壓縮機的排氣容量，使之得以精準匹配蒸發器負載，如此一來，壓縮機即不會頻率起停，而冰水溫度也不致過低，創造更佳節能效果。

談完了壓縮機，接著一併看送風機及水泵，只因這些裝置24小時全年運轉，耗能相當大，都有採取節能措施的必要性。在送風機部分，首先必須避免纜線阻礙高架地板的送風通道，其次應儘可能提高熱交換器的進出口溫差，以期減少送風量、降低風機耗能，再者則是選用高效率風扇與馬達，最終亦可考慮採行可變風量系統(VAV)，以利用變頻馬達控制、或直流變頻馬達來驅動風機。

至於水泵部分，首先是慎選高效率機種，其次是分析冰水主機的進出口溫差，惟溫差較大雖有助於降低水泵耗電，但可能反而導致冰水主機效率下滑，應於致力求取最佳平衡，再者是選用高效率馬達，最後則是採用一次變流量或二次側變流量系統，繼而運用變頻馬達來控制水泵的送水量。

機櫃式空調  有助撙節機房運行成本

緊接著，開始談論機房內部的空調系統。一般所謂的機房級空調設備，多屬於下送風空調，較佳的配置設計方式，大多認定為利用高架地板出風、天花板回風，其運作原理是，機房內空調設備CRAC送出低溫空氣到高架地板下方的氣室，再藉由多孔出風地板調整均勻出風量，同時天花板被設計成回風室，CRAC回風直接利用風管延伸至天花板內作吸引。

與此同時，在機櫃出風側上方天花板適度開挖回風口，使機櫃冷卻後的熱空氣上升氣流，得以被直接吸引回天花板內，減少冷熱空氣混風現象，有效將熱空氣導回電腦機房內空調設備CRAC內冷卻再循環，其特色是較能掌控熱空氣氣流，回風效率較自然回風的模式為高。

然綜觀前述冷卻模式，縱然較「高架地板出風＋自然回風」、「天花板下出風＋自然回風」等型態為佳，然在設計時若未能通盤考量機櫃型式、擺設方式、空調設備出口的型式、出風口佈置方式等參數，未必能使出風口與房間的空氣進行有效混合，如此一來，仍可能造成風壓降、溫度梯度、風量不足、冷熱混風、短迴圈等不利現象，且不排除有機櫃將自己或鄰近的熱氣吸入之虞，徒增耗電之餘，亦使IT設備無法獲得預期的冷卻效果。

在此前提下，開始有業者朝向其他的產品設計型式發展，推出了有別於傳統下送風空調的創新設備。首先是背板式(Rear Door heat Exchanger；RDHx)機櫃冷卻系統，其是在每一機櫃後板裝設一台水冷式熱交換器，標榜不使用風扇故可大幅減少所需之能源冷卻量，而其冷源由個別冷卻分配器(CDU)經區域冰水系統輸送供應冰水而來。

至於另一種更受矚目的新型態冷卻模式，即是業界所稱的機櫃式空調、或列間空調。其主要是為了應付未來用電密度高的機櫃冷卻而設計，標榜可就近製冷，縮短冷空氣流動路徑，據以讓電腦機房內不再需要多餘的空調供應，另標榜水平式送風，使冷空氣能平均輸送至伺服器，可藉此改善傳統上吹或下吹式空調造成的冷熱不均狀況，譬如同一機櫃上熱下冷，或同一排機櫃前冷後熱的不良景象。

更特別的是，機櫃式空調系統亦可伴隨IT設備負載的高低變化，動態調整其風扇轉速，減少離峰期間的電力損耗，輔以三通控制閥組設計，使冷卻系統可進行變流量控制，以協助企業大幅節省機房空調運行成本。

此外，姑且不論是否改採背板式機櫃冷卻系統、抑或機櫃式空調系統，縱使是看似傳統的機型，現今市場上也有若干新品，因為注入了許多攸關智慧節能的創新元素，同樣有助於企業降低機房空調相關之能耗。譬如複合式熱泵系統，係為一種可吸收大自然熱能並加以利用、從而產生熱水的高效能冷媒系統產品，同時提供冰水或冷空氣再回收利用。

在合理規劃運作下，加熱性能係數COP(Coefficient of Performance；COP)都可高於3、甚至可大於5，其能取代傳統電力、瓦斯、柴油熱水鍋爐加熱系統，為用戶節省可觀的能源及運轉費用，幅度高達50%以上。

值得一提的是高能效IPLV並聯多聯式冰水機冷媒系統。此類機種較業界慣用的高效率滿液式冰水機，體積更小、也具備更高效率，同時使用渦卷式壓縮機，亦比傳統螺旋式壓縮機的保養成本更為低廉、運轉效率也更高，既能節省電力亦有助於降低日後維運支出，可謂甚具賣點。