数据中心应用风冷型系统和水冷型系统之比较与分析

数据中心应用风冷型系统和水冷型系统之比较与分析一、具体分析方法考虑到该问题的复杂性，针对本项目的负荷规模，综合分析比较当前常用的两种机房专用空调系统即：风冷型机房专用空调系统和冷冻水型机房专用空调系统。我们从以下十个方面分析比较两种系统：1、可靠性；2、能效比；3、可扩容性；4、对建筑的外部条件要求；5、投资；6、维护管理；7、系统的适应性；8、节能环保性。1.1针对本项目风冷冷却方式的综合分析典型风冷冷却系统机房专用空调系统图如下：该系统由空调室外机组和空调室内机组两部分组成。对典型风冷型机房专用空调系统的八个方面分析如下：1.1.1可靠性：风冷冷却方式的主要组成就是风冷室内机、风冷室外冷凝器，其路由为独立的冷媒管路连接，考虑到主备机切换、能效管理等逻辑控制与连接，其故障率会上升，从系统的角度看，没有影响系统运行的单点故障。1.1.2能效比：风冷冷却方式单机系统的能效比较较低，靠风直接换热。从冷却的角度看，主要能耗产生于压缩机、室内风机、风冷室外冷凝器。此方式能效比较低，目前业界常用的风冷方式能效比约为3.0-3.2。风冷机组无法利用自然冷源。本项目由于室外机布置集中，夏季时室外机全部开启时，局部热堆积现象明显，会降低制冷效率，影响使用效果。1.1.3可扩容性：风冷冷却方式系统独立，路由多，走管密集，如果规划不好容易影响机房其它布线，因此需要提前预留室内外机组的位置以及路由管井等，需要提前对整体管路进行规划设计，扩容要留出适当的扩容空间即可。对于一次投入设备情况不具备优势。1.1.4对建筑外部条件的要求：风冷冷却方式的问题存在与风冷室外冷凝器占地要求较大，需要有面积足够大的平台放置冷凝器，这个问题将得以解决。依照本项目规模，室外冷凝器和节能模块的占用面积约为240平米。由于室外机布置集中，夏季时室外机全部开启时，局部热堆积现象明显。对室内影响大。1.1.5投资：对于本项目的负荷需求而言，如采用风冷冷却方式系统大约需要42套100千瓦机组（其中8台备份），12套60kw机组（其中4台备份），包括风冷空调室内外机以及安装费用，并可以分期投资，分期实施。由于室外机平台有600高的围挡，需要做支架底座，且需要防腐处理，由于是金属钢架如果安装不好，容易产生振动，造成室外机的故障率加大。1.1.6维护管理：本项目室外机布置分散，维护需要逐层巡视。按时根据现场勘测可知，室外机平台可利用净宽约为800mm，且有600mm左右高的围挡，对于室外机装上后仅有约为400mm左右的检修通道，不利于平常维护管理。且由于室外机平台有600高的围挡，需要做支架底座，且需要防腐处理，由于是金属钢架如果安装不好，容易产生振动，造成室外机的故障率加大。1.1.7系统适应性：风冷冷却方式对室内外及距离有限制，系统管路长度有一定限制，一般标称要求室内外机单程总长度在60米之内，冷量损失可忽略不计。超过则会有损耗。另外，对室内外机高度差也有要求，一般标称要求风冷室外冷凝器可高出室内机20米之内，冷量损失可忽略不计；一般标称要求风冷室外冷凝器可低于室内机5米之内，冷量损失可忽略不计。1.1.8节能环保性：风冷冷却方式室外机多，每台室内机对应2台室外机，本项目现场后面为在建住宅或办公楼，依据经验风冷室外机噪声对周边环境影响较大，容易产生对周边住户的影响。且风冷冷却方式机组，无法采用自然冷，节能性比较低。1.2、水冷冷却方式的综合分析典型的冷冻水系统机房专用空调的系统结构如下：针对本项目水冷机房专用空调系统的八个方面分析如下：1.2.1可靠性：水冷型机房专用空调与风冷型机房专用空调一样，都含有压缩机，都是独立运行的。冷却方式为水冷式，通过板换将热量搬走，制冷稳定。需要室外冷却塔或是干冷器代替冷凝器进行换热。根据项目，不会产生效率热岛效应不会影响原设计效果。1.2.2能效比：由于取消大量的室外机，集中设置冷却塔，综合效率较高，一般高于3.2，总冷量为3880KW的系统，并考虑水泵冷却塔能变频，总能效比显示出优势。而且可进一步提高能效比，冬季时可停止冷却塔风机运行，自然冷却，能效比将高达5以上，按此计算，例如武汉地区全年能效比（在正在修订的《GB19413计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》中规定：全年能效比（AEER）annualenergyefficiencyratio：机房空调进行全年制冷时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比）将高达3.5以上。1.2.3可扩容性：对于本项目，针对现有的服务器设备，水冷型机房专用空调完全满足现有状况，且屋面平台有足够的空间增加设备，如果服务器扩容，空调必须增加，对于现有情况风冷式难于做到，但是水冷不受空间局限，能够实施扩容安装。1.2.4对建筑外部条件的要求：水冷型机房专用空调不受分期建设影响，在规划前期可以做到单层一个系统，局部一个系统，也就是模块化的安装，方便灵活。由于集中布置冷却塔或干冷器，不需要大面积的空间。可以直接设置于屋面，不受空间限制。不需要额外增加室外平台，节省大部分空间。1.2.5投资：水冷式取消了风冷室外机，本项目如果采用风冷式共需108套风冷室外机，而采用水冷式的话仅需6台冷却塔和与之对应的冷却水泵。设备费用相差不大。需要多出一部分管道安装的费用。按经验占冷却塔及水泵设备价的10％。1.2.6可维护管理：由于集中布置，维护方便，不需要分层巡视。由于冷却塔及冷却水泵均设有备机，故障率低。且由于此工程方式历史悠久，技术纯熟，事故率大大减小。1.2.7系统的适应性：水冷方式适应管路较长（水泵扬程范围内）高差较大，不受空间高度影响。目前国内选择水冷方案，一般情况：室外机过度集中设置出现热岛效应，造成影响原设计效果、无法设计风冷室外冷凝器场地的机房、应用水冷空调的投资收益率适合的大机房（一般项目超30台机组可用，本项目为54台）。1.2.8节能环保性：集中设置，容易解决噪声问题，对环境影响小。可进一步提高能效比，冬季时可停止冷却塔风机运行，自然冷却，能效比将高达5以上，按此计算，例如武汉地区全年能效比（在正在修订的《GB19413计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》中规定：全年能效比（AEER）annualenergyefficiencyratio：机房空调进行全年制冷时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比）将高达3.5以上。绿色节能，减少运行费用。行能耗分析为了实现国家节能减排的要求，特对该项目的运行能耗情况作了估算性的分析。整体运行能耗估算比较说明：(1)对比风冷、水冷不同冷却方式；(2)年耗电量计算负荷取值，即在不同环境温度下，机房受环境变化影响的空调负载率的变化：≤0℃，80%负载；0—15℃，85%负载；15—25℃，90%负载；25—35℃，95%负载；35℃，100%负载；（3）本项目电量估算比较（加热加湿是一样情况不作比较）风冷：100kw42套（其中备用8套）60kw12套（其中备用4套）总负荷为:3880kw100kw机组冷却水流量为：19m³/h，60kw机组冷却水流量为：11.5m³/h.。总水流量为751.8m³/h。按设计院选用6台冷却塔（5主1备）则每台塔流量为：751.8m³/h÷5x1.2＝180m³/h。水泵与冷却塔冷流量对应为180m³/h(5主2备)，根据扬程估算扬程为：24m，选用扬程为26m。形式室外机功率Kw水冷功率Kw冷却塔功率Kw室内机功率Kw压缩机功率Kw总功率Kw风冷133.7600265.8801.61201.2水冷037.537.5265.8801.61142.7本项目cop值比较：风冷：3880kw÷1201.2kw=3.23水冷：3880kw÷1142.7kw≈3.4计算：根据本项目情况在未考虑水泵及冷却塔变频的情况下功耗，得出综合比对结果。其中：(1)风冷方案全年耗电量：1201.2kW×8760全年小时=10522512Kw/h运行费用：按1元/度计算可得：约1052万元(2)水冷方案全年耗电量:1142.7×8760全年小时=10010052kW运行费用：按1元/kWh计算得约1000万元运行能耗费用计算结论：本项目采用水冷方案每年运行费用比风冷运行费用少52万。如果考虑水泵、冷却塔变频情况，那么年运行费用水冷比风冷将不只少52万。三、风冷冷凝器与冷冻水主机和冷却塔占地面积估算比较占地面积问题，不同品牌相差非常大，仅供参考。此估算与设备品牌以及是否设计自然冷、冷冻水送回水温度关系极大，此处比较按标准方案以及品牌的一般设计考虑：3.1、风冷方式风冷冷凝器放置于每层室外平台，总面积为240平方米。3.2、冷冻水方式冷却塔一设置在楼顶或户外地面，按占地约180平方米。四、综合说明及结论以上论证都是以本项目进行的分析和比较而得出的。从可靠性、经济效益、安全稳定性、维护成本、节能角度考虑水冷式机房空调更适合本项目的实施。