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数据中心机房空调节能措施
2017-08-08 13:27:53  作者:谢春辉  来源:中国期刊物  
  •   随着电子信息及制造技术的飞速提升,数据中心机房的设备密集度大大提高。数据中心的节能降耗涉及到多个方面,本文通过对国内某运营商数据中心的实例分析,从空调节能方面提出了一些有效建议,目标是为了更高效的利用能源,建设节能环保的绿色数据中心。

  随着电子信息及制造技术的飞速提升,数据中心机房的设备密集度大大提高,耗电巨大,发热量更加集中,机房局部过热现象增多,机房内单位面积空调冷负荷急剧增加,由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升,甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。同时,具有重要战略地位及发展潜力的数据中心作为通信行业高能耗的代表也成为了大家关注的焦点,国内外各大运营商及相关研究机构都陆续开展了一系列数据中心节能试点改造,取得了良好效果。

  1、数据中心能耗现状

  近年来,随着电气时代的发展,数据中心的建设呈现向大型化发展的趋势。超过100个机架的数据中心比例逐年上升,2016年预计达到61%.而大型数据中心的电力消耗是相当惊人,比如对一个建设规模为2000个机架的数据中心来说,按照每个机架功率平均3kW计算,2000个机架最终负荷为3kW*2000=6000kW,每个小时耗电6000度,全年电力耗能为:6000kW*24小时/天*365天=52560000kWh,按照1元/KWh计算,全年的电费5256万元,加上数据中心的空调、新风、照明、其他电力能耗,对一个PUE为2的数据中心而言,电费为1.05亿元。从机楼的角度来看,数据中心能耗主要由三个部分构成:数据通信设备、空调(制冷机房、空调末端系统)及电源(电力输配系统、交直流不间断电源),数据通信设备的能耗占比最大。但某种程度上来说,主设备的节能环节是运营商无法真正掌握的。因此,运营商在尽量采购节能减排主产品的同时,需不断加大力度,开展对数据中心空调及电源系统的节能建设及技术改造,以期实现节能降耗。

  2、数据中心电源系统节能研究

  一般来说,数据中心电源系统包括:外电引入、变压器、发电机、电动机、交流不间断电源系统、直流不间断电源系统、照明系统及输配电线路等。由于数据中心功率密度的提高,所消耗的电功率增加,在电力各环节能量损耗亦随之增大,因此,电源系统各环节均需采取节能措施。

  2.1 电机系统

  将电机系统中变压器、发电机、外电引入、电动机几个部分的现状及问题、技术发展趋势及建议列于表1。

电力输配系统

  3、机房制冷系统能耗

  据统计,空调产生的能耗约占整个数据机房所需总功耗的35%左右,其中24%左右的功耗来源于空调的制冷系统,11%左右的功耗来源于空调的送风和回风系统。针对机房空调系统的节能,可以采用冷凝器的温压双控雾化喷淋系统,冷凝器的温压双控雾化喷淋系统由带液晶蓝屏显示控制器的控制柜、压力传感器、温度传感、SPAYERS雾化喷嘴、进水电磁阀及管路支架等部件构成。通过压力传感器和温度传感器,实时采集机房空调系统压力值和冷凝温度值。每套TPDCS-1温压双控智能雾化喷淋系统能同时完成对16台单系统或8台双系统机房空调的压力值检测及喷淋控制。以每台CM+40机房空调制冷设备系统耗电量为25 kW/h,每天工作16 h计算,每台空调用电费用为400元/天;按节电为10%计算,每天节约费用40元。喷淋系统自身用水费用:每天用水量不超过1吨,费用不超过3元,总节约费用为37元/天,喷淋系统按一套1万元计算,271天就可收回投资成本。

  另外,还可以采取小型机楼或单个机房采用单元式风冷型恒温恒湿专用空调;

  大型机楼或整片中心机楼建议采用集中式冷冻水型恒温恒湿专用空调;冬季可灵活利用户外冷源,提高机房内外热量交互;配备整套加湿节能装置,以减小空调加湿做功,或者完全代替空调加湿功能;采用变频或模块化冷水机组,精确分配冷量、定点送风、合理组织气流等方式实现机房制冷系统节能。

  4、空调末端系统能耗

  目前,很多中央空调末端将电池电力室、设备机房以及辅助作用房间隔开,对于散热量大的主要设备集中房间采用恒温恒湿末端,其他辅助房间区域则采用普通空调,节约能耗;现在很多中央空调末端不是通过调节热交换器进水口阀门开度来调温,而是通过电子方式来调温,实现各区域精确温控,而且风机电机不是以满速运行,盘管风机电机是根据室内的负荷变化有效调节风机电机的转速,来调节风量达到调温目的,既节省了电能,又大大地减少风机的机械转动部分磨损,增加了电机的使用寿命,同时还消除了各个热交换器进水口阀门之间的影响。另外,还可以根据设备机房内的散热情况,对空调送风模式进行准确模拟、设定,最后进行精确定点送风改造,改造后,风机电机采用交流变频调速技术后,实现了零电流、零电压的软启动,消除了电机启动时对电网的冲击,而且还大大地降低电机运行时的噪音。

  5、建议

  小型机楼或单个机房宜采用单元式风冷型恒温恒湿专用空调;新建大型数据中心机楼建议采用集中式冷冻水型恒温恒湿专用空调系统,其冷冻水供回水温差宜尽量加大。冬季可利用水冷机组的室外冷却塔作为冷源也可积极利用自然冷源。机房布局应合理,预留空调设备安装空间,设备机柜的布置应考虑空调制冷能力,少量高热密度服务器可以考虑加装柜门冷却等分体式精确送风空调降温,高密度机架可采用液冷方式,避免出现局部过热;高低密度设备宜分区布局、分区制冷。可考虑配套独立的节能加湿装置,减少专用空调加湿能耗。采用变频或模块化冷水机组,保证空调高效运行;可通过变频技术提高冷冻泵冷却泵效率。冷水机组电功率超过500kW时,宜采用10kV高压制冷机组;冷冻泵冷却泵电功率超过200kW时,宜采用10kV或660V电动机。设备机房和电池电力室等辅助房间间隔开,主机房采用恒温恒湿末端,辅助区域采用普通空调。机柜按照背对背,面对面排列,空调气流方向与列走线架平行,保证通畅;优化冷热气流路径,减少混合。可考虑采用封闭冷通道,实现精确送风,同时提高机房内空调设定温度,降低空调能耗。

  在有条件的情况下,使用有送、排风通道的机柜进行精确下送风,自然回风或冷通道设地板风口送风,管道回风的送风方式。架空地板高度应根据单机架功率大小进行合理规划;架空地板下只准通风,严禁布放线缆;架空地板下楼面和接触空调冷风的机房墙面建议采用不燃材料制造的隔热保温层,防止结露,减少冷量损失;新建架空地板下送风机房前期装机容量较小时,可考虑地板下做临时隔断,控制送风空间,减少冷量浪费。有条件的老机房还可考虑进行下送风上回风或精确定点送风改造。应选择高效风机及风柜,宜采用变频装置,降低能耗。

  6、结束语

  综上所述,稳定高效的制冷系统和供电系统是数据中心机房稳定运行的基础,也是节能减排、降低运营成本的关键。在提倡低碳绿色节能的大环境下,通过数据中心空调系统的合理布局和科学改造,达到节能减排,绿色环保的目的。

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