机房空调节能技术与应用

机房空调节能技术与应用单位：XXX专业：XXX姓名：XXX目录机房空调1特点、分类、气流……节能技术与应用2需求、技术、方法……机房空调设备厂家3机房空调计算机房或数据中心等区域，各类型计算机设备由大量的微电子、精密机械设备等组成，这些设备使用了大量的易受温度、湿度影响的电子元器件、机械构件及材料；要提高这些设备使用的稳定及可靠性，需将环境的温度湿度严格控制在特定范围。背景冷量分配不同机房内显热量占全部热量的90%以上，机房空调产生的冷量全部用来降温送风状况不同机房空调送风量大，送风焓差小，房间换气次数高；通常采用静压箱送回风洁净度不同机房空调送风量大，空气循环好，且具有专用的空气过滤器，能保持机房洁净度可靠性不同机房空调常年大负荷连续运转，并要保持极高的可靠性，冬季仍需制冷机房空调vs传统空调特点通常为一体型，主要用于调节通讯领域的电气控制柜内空气的温湿度、风速。专供机房使用的高精度空调，主要服务对象为机房设备的微电子、精密机械设备等。即较大机房使用的中央空调机房专用空调基站或数据中心空调机柜空调不同的应用场合分类机房空调设计要点设计机房及设备的位置空调系统形式空调设备的选择室内空气设计参数气流组织形式机房空调设计规范规范《电子信息系统机房施工及验收规范》GB50462-2008《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008《数据中心能耗检测规范及实施细则》《计算站场地安全要求》（GB9361-88）《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）《电子计算机场地通用规范》（GB/T2887-2000）《数据中心机房的系统设计方法》（试行）……《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》GB19413-2003-T机房根据使用性质、管理要求及由于场地设备故障造成的损失或影响程度，划分为A、B、C三级。A级（容错型）：系统运行中断将造成重大的经济损失、公共场所秩序严重混乱；国家信息中心、机场、广播电视台、银行总行、国际大公司等的电子信息中心B级（冗余型）：网络运行中断将造成较大经济损失、公共场所秩序混乱；地方信息中心、科研院所、高等院校、医院、国际会议中心等的电子信息中心C级（基本型）：不属于A级或B级的电子信息系统机房机房分级标准分级根据系统运行特点及设备具体要求确定，机房一般宜由主机房、支持区和辅助房间等功能区组成。机房布局与空调系统布置机房分布在同一楼层：中小型计算机机房，各功能区一般设置在建筑物的一个楼层。主机房的各个房间宜集中布置，采用机房专用空调系统，机组宜布置在相邻的房间内并且靠近给排水接点。基本工作间、辅助房间采用舒适性空调系统，可利用建筑物原有中央空调或者根据功能房间的需要采用独立的舒适性空调系统。机房分布在一个建筑物多层或一个建筑群：大型计算机机房一般分布在一个建筑物多层，或者一个建筑群中。在机房布局时，宜将主机房设置在一个建筑物的较低楼层，采用机房专用空调系统，分层设置空调区，各层专用空调机组宜安装在建筑物的同一侧，便于冷媒管、给排水干管统一安装。基本工作间和辅助房间可根据与主机房的关系分布在其他楼层或其他建筑物中。室内空气设计参数参数A级B级C级备注主机房温度要求（开机时）20℃-25℃±1℃20℃-25℃±2℃18℃-28℃主机房相对湿度要求（开机时）45%-55%±5%45%-55%±10%35%-75%不结露主机房温度要求（停机时）5℃-35℃5℃-35℃5℃-35℃主机房相对湿度要求（停机时）40%-70%20%-80%不结露民用建筑长期逗留区域空调室内计算参数按以下规定：热舒适度等级温度（℃）相对湿度（%）夏季Ⅰ级24-2640-70Ⅱ级27-281.风冷直接膨胀式使用冷媒作为传热媒介，制冷系统由蒸发盘管、压缩机、冷凝器等制冷管路组成，室内空气穿过机组内部风道进行循环。远端的风冷冷凝器与室内机相连接，整个制冷循环在一个封闭的系统内，吸收房间内的热负荷并排放到大气中。该系统易分散设置，数据设备增加时空调设备也能随之增加，适应性强，且当任意一台空调出现故障时损失极小，安全性很高，运行维护费用低。但空调数量多时，连接管路繁杂，室外机安装需较大空间，空调机组效率较低，空调系统供电出现问题时不能实现供冷延时。国内现阶段使用风冷式机房空调系统的数据机房，都是2008年以前建设的或规模较小的数据机房。中国银行信息中心、华夏银行等都采用了该系统。机房空调系统形式系统2.水冷直接蒸发式水冷式系统是在风冷式系统的基础上改进的，风冷改为水冷后，空调系统配管距离、高低差不受限制，克服了风冷系统室内外机高差受限制的缺点，空调机组的散热效果较好。但同时冷却水系统存在单点故障，为了保证系统的安全性，冷却塔和水泵需要备份，冷却水系统采用复线或环状管网。该系统现阶段多使用在数据机房较分散、又没有风冷室外机设置位置的建筑，如写字楼内各层的服务器数据机房，也用在一般建筑改作数据机房的场所。德外印钞造币总公司数据机房采用了该系统。3.冷冻水式机房空调室内空气通过冷冻水盘管，直接将热负荷传递到冷冻水系统内。在专用空调机组中央控制器的控制下，水流量通过一个两路或者三路的制冷水阀门进行调节，精确地保持机房内的气温状态。为提高机组的安全性和备份能力，可在机组内安装两套独立的制冷盘管和控制阀门，处理来自于两个独立系统的冷冻水。例如将中央空调冷冻水系统作为基本的冷冻水源，而单独的风冷冷冻水机组作为二级冷冻水源，特别适用于中央空调冷冻水系统在周末或深夜不再使用的情况。该系统适用于大型新建数据机房，冷水机组大部分时间都运行在50%-75%的负荷状态，其部分负荷综合能效指标较高，节能效果显著。中国航信数据机房、农行数据中心等采用了该系统。大中型数据中心机房的电子设备密集布放，机房余热量大、发热源集中，需要有合理的气流组织的分配和分布，以有效消除机房余热。气流组织的选择依据气流设备冷却方式、安装方式•如设备或机柜自带冷却风扇或冷却盘管，目前较常见的设备和机柜的冷却方式都是从前面进风，后面或上部出风。冷量的高效利用•尽可能使散热设备在冷空气的射流范围内。机房建筑结构、平面布局•机房各个系统的建设要依托于建筑环境中，也受到这些因素的制约，如建筑层高、形状、面积等。1.下送上回下送上回方式是大中型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速冷却设备，利用热力环流能有效利用冷空气冷却效率。热力环流利用气流的原始动力，可以不用设置动力设备，同样达到最佳的冷却效果，如图所示。气流组织形式气流下送风吊顶回风下送风上回风2.上送侧回（下回）上送侧回通常是采用全室空调送回风的方式，适用于中小型机房。机房顶部安装散流器或孔板风口送风，工作区气流小且均匀，人有良好的舒适感。顶部的送风气流先与机柜处上升的热气流混合，再进入机柜冷却设备，影响了机柜的冷却效果。目录节能技术与应用2需求、技术、设备……机房空调节能PUE是目前国际国内普遍使用的数据中心能效评价指标，定义为数据中心总能耗与IT设备总能耗的比值。衡量数据中心是否节能实际上是衡量在保证设备安全稳定运行的前提下，各部分能耗的最佳比例，确保服务器和网络存储等设备能效比的最大化。PUE值越小，说明数据中心用于通信设备以外的能耗越小，系统越节能。全球数据中心的PUE值为2.0，发达国家的PUE约为1.5-1.8，我国80%以上的数据中心PUE值大于2.0，有的甚至高达3.0。数据中心的能耗主要由IT设备能耗、空调能耗和供电能耗三部分构成，调查数据显示，空调能耗占总能耗的40%以上。可见提高数据中心能耗，降低PUE，最有效的方法是降低数据中心空调系统的能耗，机房空调系统具有巨大的节能潜力。背景机房空调节能技术概述节能技术其他节能方法智能控制节能利用自然冷源节能优化气流组织利用自然冷源节能1.新风节能技术各种数据机房内常年温度维持在23度左右，我国大部分区域属于大陆季风性气候，一年内低于23度的天数占多数，采取相应措施即可实现机房内热量向室外的自然迁移。应用直接利用新风•新风经高效过滤后进入机房，依靠大量通风迁移室内热量•适用于洁净度要求不高的普通接入机房、移动通信基站•应用于江苏移动、FACEBOOK数据中心等间接利用新风•利用换热器实现热量迁移，系统由室内风机、室外风机、新风换热器及控制系统组成•洁净度高，热交换效率相对较低•黑龙江移动利用板式换热器；东京数据中心多利用转轮式换热器2.双冷源系统双冷源系统是指在风冷式、水冷式或冷水型机房空调吸热侧的空气处理通道中，再附加一条冷水盘管，其冷水由其他冷源系统提供。双冷源系统包括风冷双冷源、水冷双冷源等。该系统具有较大的节能潜力，还具有冷源相互备份的优点，缺点是投资成本高、维修保养量大，一般应用在通信设备负荷变化幅度较大的数据中心机房。北京鹏博士酒仙桥数据中心采用冷冻水机房空调系统，冬季采用开式冷却塔+板式换热器间接利用自然冷源方式，年PUE为1.8。中国移动国际信息港采用夏季水冷冷水机组+开式冷却塔，冬季采用闭式冷却塔的模式，年PUE预计为1.8。3.热管导热技术热管的高导热性，对于中大型机房是一种较好的间接自然冷源利用技术。热管可将大量热量通过很小的截面面积高效传输且无需外加动力；热管主要靠工作液体的相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。热管型机房空调分离式热管型机房空调优化气流组织1.安装盲板机柜通常被认为只是一种机械支架，但它对于防止设备排出的热空气重新进入设备进气口至关重要。安装盲板应用于数据中心简单易行。应用短路循环2.冷热通道隔离合理的机柜布局目标是控制空气循环，避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。冷热通道的设备布置方式是将机柜“背靠背、面对面”摆放，两排机柜的正面形成“冷通道”；两排机柜的背面形成“热通道”。3.精确送风精确送风系统由空调系统、管道系统、送风装置及监测与控制系统组成。东莞电信传统通信机房的PUE值为1.96，林玉龙等人经过精确送风改造后PUE值达到1.71，空调制冷系统的能耗仅占35%。智能控制节能1.空调节电器空调节电器是一种能够克服空调压缩机长时间工作和频繁启动所造成的制冷效率低下和多余电能浪费的节电控制器，它通过核心的比例微分调整技术，能随负荷的变化自动调节压缩机的运行区间，优化空调的运行。当室内温度达到舒适温度后，通过时控信号自动进入节电运行状态，一方面充分利用压缩机的余冷使整个系统充分冷却，提高制冷效果，另一方面减少压缩机频繁启动的次数，使压缩机得到充分休息，延长压缩机的使用寿命，同时有效降低冲击电流所造成的多余电能损耗，从而达到即省电又可延长空调设备使用寿命的目的。通过现场测试节电率可达15%～30%，压缩机的使用寿命可提高1.5倍以上。但该技术一般只应用于小型的接入型机房的分体空调中，目前广州电信采用空调节电器比较多。应用2.自适应控制空调节能系统自适应控制空调节能系统由过去空调运行参数的“手动设定”改为由计算机监控系统“自动设定”。系统自动跟踪昼夜、季节、地区的温湿度变化而自动控制空调合理的工作状态，使空调做到按需工作，这样可以提高机组群的工作效率。该系统比较适合各类通信枢纽、中心交换局等大型机房。空调富余容量越大，机房密封性能越好，节电率越高。但是由于每个机房的工况存在差别，所以该节能技术的实施可能会存在周期长、初期投资大的不足。有研究者设计了包含新风系统、相变材料和自适应控制3种节能技术配合基站空调使用的智能型“3+1”综合节能系统方案。新风系统可以利用自然冷源，相变材料用来蓄能，自适应控制系统始终监测控制基站的温湿度状况。其他节能方法采用变频技术改变围护结构热工传热性能提高机房空调设计温度采用温湿度独立控制，考虑引入中高温冷源系统系统改造，对已有的风冷系统冷凝器进行水冷改造深度维护维修节能……应用目录机房空调设备厂家3机房空调品牌目前中国市场上主要机房空调品牌有20多个，其中80%以上为外国品牌，并以美国爱默生旗下的力博特(Libert)、意大利海洛斯(Hiross)、德国施图兹(Stulz)、加拿大佳力图(Canatal)4大品牌知名度和销量为最高。在20世纪