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机房空调系统高效节能冷却&供电系统节能解决方案北京华君京通科技有限公司IDC机房基础设施系统节能解决方案内容主题一、IDC机房能耗分布及节能技术路线二、机房空调送风冷却系统节能三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能四、UPS供电系统节能五、机房基础设施节能改造EMC模式内容主题一、IDC机房能耗分布及节能技术路线二、机房空调送风冷却系统节能三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能四、UPS供电系统节能五、机房基础设施节能改造EMC模式典型数据中心机房的能耗分布IT设备及网络通信设备：50%；空调的通风及加湿系统：12%；空调的制冷系统：25%；变压器/UPS供电系统：10%；照明：3%；资料来源：EYPMissionsCriticalFacilitiesInc.,典型高可用型IDC电能利用情况一个2N冗余的高密度数据中心在没能提升基础设施效率情况下的电能利用状况机房节能技术路线随着IT系统更高的单位功率密度投入运行，IDC空调冷却系统和电源电力效率会不断降低其典型结果是：1、为解决机房局部热点，提高制冷量，造成机房过度冷却、制冷能力的浪费2、运行负载率的过低，造成电源整体效率降低、供电系统的电能损耗故此机房按需冷却，提高UPS的运行效率成为高可用性、现实可靠的节能手段内容主题一、IDC机房能耗分布及节能技术路线二、机房空调送风冷却系统节能三、机房空调机组应用自然冷源和风冷式室外机喷水雾方式冷却节能四、UPS供电系统节能五、机房基础设施节能改造EMC模式IDC机房局部热点问题随着IDC数据中心的不断建设，以及机房IT设备高度的集成化，机房散热量日渐趋高、机房冷却及制冷能耗问题，及能源效率偏差开始受到了各界强烈关注。目前机房下送风空调系统冷热通道虽被多数IDC设计者所采纳，但冷热风的短路（回流、漏流）和横向混合（旋流、涡流）现象依然十分严重。机房内旋流、涡流如图所示可见IT机柜顶部近1/3处于热气团的包围之中。IDC机房气流短路问题导致的后果而机房内回流和漏流是由于下送风机房空调为负压回风，机房中出现纵向的冷热气流短路现象均为送风侧向回风侧短路，送风流量的短路率可达30~50%。气流短路造成了精密空调不得不提高标称工况制冷量30~50%的设计余量，造成用户一次投资的巨大浪费；同时普遍出现了空调机组运行过量、机房“过度冷却”的现象，造成运行费用居高不下。而且由于气流短路，风机风量有必要加大用以补充短路部分的风量（主机增加的同时机房内风机总体输送的风量业已经相应加大)，而机房空调的送风机因其7*24小时运行，空调风机每年实际耗电量并不亚于机组的压缩机电耗。数据大集中后出现的问题近期IDC行业又呈现为了更加节省IDC的土建、或是用户的楼宇租赁费用，大型化、高密度化、数据大集中的IDC越来越普及。但是高密度化服务器机房的散热问题也越来越难解决。其出现的主要问题是：1.机房气流组织不理想；2.由于服务器机柜散热量并不均匀，出现大量单个或几个机柜的局部热点；3.高密度服务器的广泛应用使局部热点问题更加突出，局部热点温度过高；4.由于机房空调布置问题，机房远端、中心部位和边角部分出现局部热点；综上介绍的诸点原因，IDC行业机房采用传统模式的精密空调系统呈现出能耗巨大，PUE值居高不下的状况。普通IT机房存在同样的问题热点问题并非只局限于高密度机房，在中密度甚至低密度机房也经常出现。例如传统的程控交换机房，因空调摆放于机房一侧，也会出现远端的局部热点。这些难题，不能简单地增加机房空调台数/供冷量来解决，究其原因如下：1.受到场地限制，不能任意的增加机房空调台数；2.受到场地及应用运行的限制，不能任意改变地板高度，而增加地板高度是保证送风流量的先决条件；普通IT机房存在同样的问题3.现有送风孔板的通风率多数不超过25%；理论上可供最大送风量约500立方英尺/分钟（849.45m3/h），提供3.125kw的制冷量。而现实运行中的机房通风地板送风风速至多也就是1.5m/s，仅能满足1.6kw/机柜的散热，无法满足更高密度应用的冷却需求4.增加空调机组的费用高、功耗大、效率低，并受机房供电扩容的限制5.降低空调设置会造成能耗加剧，曾有前文分析：空调设定参数从24℃/50%Rh改为22℃/50%Rh，空调机能耗将增加15~25%6.机房空调是均匀送风方式，无法针对不同热密度冷量需求的机柜区别对待机房局部热点强制送风针对上述难题，我们提供的解决方案是采用风机通风地板满足机房局部热点冷却需求；继而通过减少空调机组的运行数量和供冷量，以达到整体机房空调系统的节能配风地板，是机房送风气流组织的一种远端辅助送风单元部件，用来将空调机组所产生的冷量（冷风）强制的配送到IT机柜进气口处，用来解决传统空调系统送风方式的不足、尤其是高功率密度的应用需求下送风平均分布气流组织局限性传统地板均匀送风气流组织方式，已无法解决高密度机柜制冷需求。随着IT技术的发展，机柜功率越来越大，需要的配送风量也相应增加。但地板下送风存在两个瓶颈：地板下送风截面积和地板的出风口有效出风面积为了解决地板下出风口的截面积瓶颈，目前铺设的地板越来越高，普遍需要架设到600mm以上。但是地板出风口的面积已经达到了极限，因孔板通风率不可能达到100%，而增加每机柜拥有的通风地板数量必须增加机房面积。所以，地板下送风的平均分布气流组织方式，目前只能满足每机柜4KW以下的功率密度要求。如果要在一个传统的地板下送风方式的机房中满足4KW以上的高密度机柜的制冷需求，需要采用强制送风类型的通风地板产品，以突破地板出风口的送风瓶颈。机房配风地板单元介绍配风地板由高通风率的风口地板、强制送风机、红外温度传感器及控制电路等组成，其尺寸与标准地板相同，安装时，只需要在高功率密度的机柜前替代原来的地板即可配风地板样式如图：配风地板冷却效果模拟图为冷空气所环绕为冷空气所环绕超薄版机房配风地板机房配风地板运行状况配风地板对机柜顶部送风冷却效果配风地板单元机特点模块化设计，可以任意放置，使用灵活，可以针对改造项目和新增加的服务器单独设置高强度防静电地板配有高流量风口，送风效率100%，冷热风短路率接近0%（在机柜进气口端面形成冷风幕）空调选型可完全根据服务器冷量选配，无需放大设计余量采用风机地板群控系统，可与IT机柜的进风口红外温度+机柜PDU耗电量+芯片SPEC利用效率控制系统联动可以根据IT设备及服务器运行情况，从0-100%分段调节输送的风量及风压，送风风压保证25%或33%功率段的运行即可满足IT机柜顶部的冷却，可满足虚拟机和刀片服务器满配载应用在冷通道上使用，减少冷通道尺寸和占地面积，增加装机密度和机柜有效利用面积；节约机房建设面积及业主投资配风地板单元机特点提高机房送风准确度及送风效率，能效比节约显著，经过精确的现场规划设计、参数设定后不会出现机房内靠近空调机组前端的IT机柜送风量过高、时间过长导致后端机柜送风较弱而产生不可估测的过热现象与配风地板红外群控系统联动的机房空调机组，可满足按需开启的功能，达到智能化节能运行，可令空调机组运行数量减半，耗电下降20~45%冗余设计的高效长寿风机，并有超温停机、报警功能每台总风量4000m/h，送风风压高于65Pa，开启部分风机即可满足机柜上部冷却需求单台重量26kg，方便搬移红外/风压测控配风地板突出特点标准地板模块，尺寸600x600x175mm，而且风机地板对地板架设最低高度要求仅180mm（此亦包括了地板下吸气空间），可满足绝大多数现有下送风机房的环境应用和改造；高通风率通风板风口为碳钢承重风口，承载1400kg；单/双向可调角度百叶风口，可满足冷通道内两侧面对面分布的机柜双向45~90º送风；对原有机柜无需进行任何改装和接触（机柜背面无需安置排风感温探头），安全可靠，移动灵活方便，适合于新建和已运行的项目以及应用的临时调整需求；简洁机柜进风口红外温度+送风温度探测控制模式，参数采集无误，冷却迅速；可控制IT机柜进气口的气流温度保证在22±2℃之内。红外/风压测控配风地板突出特点配备美国原装红外送风温度传感器，部件均装在高通风率地板风口的内部可实现集中监控的电脑控制器，具备RS485联网监控接口完备的报警功能，配备消防、远程紧急关断接入点配备照明型开关及保险，保证风机地板供电、维修关断时对UPS电源无浪涌、对网络无闪断等干扰配有完备的防静电地板工作地与机组保护地绝缘隔离的措施可选配标准全钢地板和不同高度木地板以及面板花纹、颜色等规格的产品。红外配风地板型号与技术规格红外测控标准型配风地板；红外压差测控高流量全能配风地板型号HCCT-200/4-S；HCCT-200/4-F外形尺寸600*600*180H；600*600*180H（mm）送风总量≥3200M3/h；≥4000M3/h输出冷量10KW；25KW送风风压≥25Pa；≥65Pa额定电压220v/50Hz220v/50Hz额定功率230W；410W额定电流0．9A；1．9A颜色浅白面板/深色机箱下送风式机房空调的红外云台扫描探测+配风地板冷却系统控制模式红外测控配风地板单元监测机房负荷红外温度高效节能运行模式的控制系统结构框图机房动力环境监控平台数据采集平台机房空调送风冷却节能系统-采用分布红外测定集约监控模式的智能工控机平台空调机1空调机2空调机N+1红外测控配风地板1～m红外测控配风地板m+1～n通过采集卡遥控的云台采集到的红外参数值红外测控配风地板n+1～64红外测控配风地板系统监控界面机房送风冷却系统采用红外测控配风技术项目改造工程首先进行机房能源和散热审计、继而用CFD软件进行机房热成像分析、然后选定特殊位置安装风机地板单元开机运行、最终停止有裕量的空调机或调整空调设定参数并进行机房冷却效果和节能率的确认现运行机房均有不同程度的上述局部热点和能耗超高问题，或在建机房希望防患于未然，故我们可以提供规划设计工程师进行实地勘察并提出完整改进方案和建议。机房用户可免费试用我方所提供的风机通风地板样机应用于已运行的机房，以解决局部热点难题机房散热统计和CFD设计现在的新型机房多应用计算流体力学软件于机房规划设计阶段，针对不同规划设计方案来模拟分析机房内气流组织是否理想，其效果参见下列采用CFD技术所进行的热像分析图某个机房的现状是中央区域散热较差在原空调机组对面加装空调机的设计方案被CFD技术评估分析所否定某机房规划设计中空调机的初始摆放位置，机房中央部分机柜势必过热经调整过的机房设计空调机摆放位置，从图中可见原先过热的机柜冷却效果转变十分良好；但也可见必须所有的空调机处于开启状态下才能获得此散热效果，而没有考虑到有空调备机和n+1节能运行模式下的散热状况某个机房规划设计机柜排序有误导致CFD热象分析图可见机房局部热点CFD软件设计的机房的3D图CFD软件设计的机房机柜发热量分布图，不同颜色代表不同的负载量机房空调的送风气流动态图及地板出风口的风量分布图采用计算机流体力学专业的机房设计CFD软件建模流程图，建模后的效果图如下图所示；和机房规划设计图的实际效果相近通过红外热成像仪拍摄机房负荷表面温度扫描图像校验散热和节能效果案例：大兴信息中心机房空调送风冷却系统改造机房空调送风冷却系统节能改造数据分析改造前汇总数据2台空调机组全运行的数据功率总运行时间平均占空比年耗电量（kw.h）年运行费用（元）制冷量（标准工况24℃/50%Rh）32.6*2=65.2kw8760h1运行机组总耗用235410度188328元机房空调送风冷却系统节能改造数据分析节能改造后预计数据改造后仅运行1台空调及机动送风地板单元的数据功率总运行时间平均占空比年耗电量（kw.h）年运行费用（元）制冷量（标准工况24℃/50%Rh）32.6KW8760h1运行机组总耗用177257度141805元预计全年节约电耗58153度、节能率达24.7%、节