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数据中心空调系统和节能设计-350vip浦京集团

• 一：数据中心空调负荷分解
           通常来说，构筑面积幼于 200㎡ 称为幼型数据中心；构筑面积在 200~500㎡之间为中型数据中心。构筑面积在 500~2000㎡之间为钟注大型数据中心。构筑面积在 2000~10000㎡为大型数据中心。构筑面积大于 10000㎡则称为超大数据中心。
  1、室内规划参数
       关于超大型数据中心构筑而言，构筑的首要功能房间是数据机房。但除了首要功能的数据机房以表，还需要有很多其他功能的房间，如：作业、餐饮、车库等，以中意数据中心正常作业守护所需。     将首要空调房间分为两类：数据机房属工艺性空调房间，其室内规划参数依照数据机房的工艺性要求拔取。其他作业、餐饮等房间属舒服性空调房间，室内参数依照通常舒服性房间的要求拔取。
       工艺性空调部门（数据机房）的室内规划参数，其温度、湿度政策均推广 A 级规范，如表 1 所示。舒服性空调部门的室内规划参数，如表 2 所示。
  2、冷热负荷
       在数据机房构筑中，通常室表环境对室内的影响较幼，空调的热湿负荷首要来自于室内；裆璞干⑷攘看笄胰仍淳酆，需整年向表排热，即便在冬季也有相当大的冷负荷。350vip浦京集团机柜设备无散湿量，主机房内的散湿量首要来自于作业人员，而大中型电子核算机主机房内作业人员较少，因而主机房内的散湿量很幼，一路新风负荷也较幼。
       此表，主机房对照明的要求通常不高，因而机房内照明负荷与设备用电负荷比力很低，照明发热量不大。大中型电子核算机通常都整年内长时刻接连作业，在核算主机房内的负荷时可按开机时的要求进行规划。在本工程中，电子核算机房的新风量取机房空调总循环风量的 5%。
        综合起来，机房空调的热湿负荷首要蕴含以下内容：机房内电子核算机和其它设备的散热；人体散热、湿；照明设备散热；新风负荷；www.cyktzl.com构筑围护结构的传热以及太阳辐射得热。
  二、系统步骤遴选
      1、冷源  
       处于对数据机房安全性的思考，空调系统进行了冗余规划。所谓冗余，是指空调系统中沉复设备注定的设备，当系统产生缺点时，冗余设备的设备投入使用，承担缺点设备的作业，由此削减系统的缺点时刻。
        由于数据机房的沉要性为 A 类，因而空调系统的规划选用了 N+N 的冗余规划，以到达设备互为备份的作用。各数据机房均选用双冷源（冷冻水和直接蒸发式冷媒）的恒温空调系统，室内的结束机组一路接空调冷冻水管和冷媒管路。在通常情况下，系统由离心式冷水机组通过冷冻水系统供冷；当遇有冷冻机组或水泵、管路等缺点产生的情况下，切换至直接蒸发式空调系统供冷；在停电等情况产生时，由柴油发电机组供给核算机房用直接蒸发式空调系统作业。
  2、结束 
       关于数据机房构筑，机房内部的空调结束步骤以及气流组织规划，一向是影响空调功率和作用的沉要部门。近年来，随着数据机房的很多出现，国内表也逐步组成了比力老到的室内空调气流组织的解决规划和相应的专业规划团队。这些解决规划针对分歧规划、不一致级的数据机房，综合思考室内环境操控与节能的需要。
       此表，每层电子核算机房设置新风机组，以专用核算机房的正压。按电子核算机房新风量的 80%为平凡的排风量。一路，设置一套电子核算机房内气体救活系统作用结束后的专用排风系统，按 5 次 /h气次数核算。
  三、数据中心空调度能问题
     数据中心空调的能效为何如此之低？通过对其时数据中心的钻研发现，大无数数据中心的空调系统都存在着如下一系列的规划问题。
  1、系统整合难、切换难、守护难。
  为了服务器作业报答营造低温环境，齐全选用人为造冷，没有使用天然冷源天然冷却。改进冷源步骤往往是为经济有效的节能步骤，造冷机在空调系统中耗电大，以冷却塔免费供冷代替造冷机，依附天然冷源供给冷量，会使空调系统的整体作业能耗大幅降落，是作用显著的节能蹊径。而在实际使用中，选用天然冷源存在系统整合难、切换难、守护难的特点，所以此刻国内只有少部门的大型数据中心成功有效的使用了该技术。
  2、没有充分使用空调系统的很多节能技术。
  空调系统中节能作用卓越的余热回收、蓄冷、变风量、变频等技术，在数据中心中很少选用。由于数据中心所其供给服务的特殊性，数据安满是首要身分，宕机是不允许出现的情况？盏飨低匙魑务器正常作业的，治理者更器沉其造冷才调是否有中意的冗余量，某台空调产生缺点时能否实时打开备用设备，对规划的要求注定保留。而节能技术需要积少成多、其作用需铢积寸累才调阐发，假定哀愁某技术对空调的不变性或许产生影响，往往偏差于不选用。
  3、空调设备造冷量与实际负荷的匹配存在问题。
  机房内的机架通常是逐步投入、不休扩容的，而空调负荷与气流组织则是造作阶段对机房整体思考规划的。作业初期投入使用的机架数少，空调系统部门负荷下作业，功率不高。而后期投入使用的新式的机架，往往功率更大，发热密度更高，却受造于机房现有体式，不能被摆放在气流组织有利的方位。这样，随着机架不休进场，机房内一向冷热不均，治理者只能调低空调机的温度设定值，组成过度造冷，导致空调能耗居高不下。
  4、规划选用的空调机型参数与机房作业时的真实热工况存在不对。
  据调查发现，此刻约 85％的数据中心空调机组耗能比规划工况高 50% 以上。现行数据中心规划均参照的是国标《电子信息系统机房规划规范》及美国 TIA-942 规范，精密空调机组的规划作业温 / 湿度为 23℃±1℃/50%，加之现有精密空调出产厂家所供给的室内机回风工况参数多为 24℃/50%。
  故空调规划时多依照此工况点进行选型。而服务器机架的发展趋向是高度集成化，单个机架的功率越来越大，机柜出风口温度很高，实际作业中很单一出现部门温控点温度超支的景象，应对步骤就是将空调机组设定的回风温度 24℃ 调低。
  假定调低空调机组设定温度 2℃, 那么按回风参数24℃ 选型出来的空调机组对应 22℃ 的工况点，直接胀大式空调收缩机 COP 值会降落约 7%，显冷量会降落 8%~19%，冷冻水式空调机组的显冷量会降落 13%~16%。因机房负荷全数是显热负荷，则能耗增长了约莫 15%~25%。若持续调低空调机作业工况参数设定点，对应的能耗会出现非线性的增长。
  （ 5）精密空调机组温湿度一路操控的步骤，组成了先除湿再加湿的能耗浪费。
  在干球温度 23℃，相对湿度 50% 的室内情况点，露点温度为 11.9℃，空气通过表冷器时降温除湿。而机房作业过程中根基无散湿量，所以空气湿度降落，凌驾设定下限后空调自动打开加湿功能，此时加湿器给空气等温加湿，增长了空调潜热冷负荷，空调能耗显著上升。
  四、某数据中心节能刷新事例
      大连区域一个 2500 个机架的数据中心。其刷新规划如下：
  选用 800RT 离心式冷水机组三台（输入功率466kW）， 400RT 螺杆式冷水机组两台（输入功率265kW），总造冷量 3200RT，另凭据机房等级设置备用。运营初期负荷极幼的情况下，使用螺杆机调度规划的优势，预防部门负荷的低能效和系统喘振。凭据气象参数、工程规划前提招认系统供回水温度，核算免费供冷的切换温度并结合实际情况适当降落招认实际切换温度，以预防再三切换，获得合理的免费供冷期。
  期内对应造冷机规划匹配的冷却塔、板式换热器，用于天然冷却免费直接供冷。其季节过渡，室表湿球温度凌驾切换温度时打开造冷机，造冷机配变频器可结束冷却水的低温作业，低作业温度可低至 13℃。更低的冷凝侧温度使机组在幼收缩比工况下作业，功能系数 COP 值大幅前进，相当于直接使用了天然冷源免费供冷。
  合以上技术步骤，冷冻水侧选用 12℃/18℃的高水温，一方面进一步降落收缩比，另一方面高于室内空气 11.9℃ 的露点温度，结束了空调结束干工况作业。干工况不只简化了系统，更合用于机房的作业环境，更是杜绝了不用要的除湿再加湿过程抵消的造冷量。与前进的冷冻水温相对应，空调器回风温度前进至 30℃，既加大了送风温差降落能耗，又使结束设定工况更靠近实际情况，有利于作业的操控。
  本工程选用的各项技术步骤之间关系亲昵，不成相互孤立使用，需结合实际情况整体性矫捷使用。
  刷新经济政策如下：
  依照该数据中心节能规划，冷却水夏天 30/36，冬季 10/16 经板换至 12/18 冷冻水 12/18。夏天冷却塔冷幅 5℃，湿球温度 25℃。冬季冷却塔冷幅 8℃，切换湿球温度 2℃。凭据规划温度可招认空调系统免费供冷期约为 100 天，过渡期约为 120 天，夏天规范作业工况约为 145 天。
  （1）免费供冷期
  单台造冷机收缩机作业功率 413kW，全数天然冷却，相当于可节俭电量 413kW，思考管路电伴热、积水盘电加热等身分，节能作用按 75% 核算，则 4 台机组共节能 413×75%×4=1239kW，年节俭电量 297 万 kW·h。
  （2）过渡季
  造冷机配变频器可结束冷却水低温作业，低温度可达 13℃。整个过渡季按冷却水均匀水温22/28℃ 思考，冷冻水按 7/12℃ 思考，统一造冷机组较规范工况下输入功率降落， 800RT 的造冷机在过渡季实际作业功率为 413kW，则 4 台机组共节能99×4=396kW，年节俭电量 114 万 kW·h。
  （3）夏天
  前进冷冻水温，造冷机 COP 前进带来的能耗节。
  估计年节俭电量 81 万 kW·h。
  （4）通例冷冻水供回水温度
  7/12℃ 工况下，整个数据中心理房部门选用空调器 54 台，空调器单 台 造 冷 量 170kW， 风 量 41400m3/h， 输 入 功 率8.0kW。其送风情况点 A（见下页焓湿图）：干球温度 12.1℃，湿球温度 11.3℃， d=8.2g/kg；磕诟奘汉，空气吸收机架散热后升温到新建情况点 B：干 球 温 度 23℃， d=8.2g/kg，i=44.1kj/kg；再通过而电极式蒸汽加湿器等温加湿，到达室内情况点 C：干球温度 23℃， d=8.9g/kg ， i=45.9kj/kg。从B 到 C 过程的⊿ i=1.8 kj/kg，即为除湿又加湿过程增长的潜热冷负荷：1.8kj/kg×41400m3/h×1.2kg/m3×54=1341kW。
  按冷水机组 COP 值 6.0 核算，此部门耗电功率223.5kw，即为可节俭能耗。整年可能节俭电量为196 万 kW·h。
  （5）前进冷冻水温带来了空调器结束造冷才调的降落
  整个数据中心理房部门选用空调器 54 台，空调器单台造冷量 170kW，风量 41400m3/h，输入功率 11.2kW。通例冷冻水供回水温度 7/12℃ 工况下，单台空调器输入功率只需要 8.0kW。故单台能耗增长 3.2kW， 54 台机组共增长 172.8kW。整年增长耗电量 151 万 kW·h。
  各项步骤综合累计节能作用：297+114+81+196-151=537kW。
  本数据中心规划年耗电量为 7737 万 kW·h，其间空调系统耗电约为 3100 万 kW·h。选用本技术步骤节能约 17.32%。
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