数据中心节能因地制宜选择机房空调

数据中心节能因地制宜选择机房空调责任编辑：王亚妮作者：IT168.com2009-06-16文本Tag：散热绿色节能【IT168资讯】当前，数据中心耗能严重，随之产生各种水冷空调系统，在选择机房空调系统时，要因地制宜，使之能够适应当地气候。数据中心耗能问题实际上是很严重的问题，例如：深圳某银行系统的信息中心机房(建筑面积4000平方米，在用面积2000平方米)，一年的电费达到了800万元人民币，约合0.4万元/平米/年(单位面积电费)，而另一年级为400平方米的国家级单位的高密度计算中心，一年的电费竟高达1300万元人民币，约合3万元/平方米/年。据调查结果看来，对于一般中低密度的企业数据中心(EDC)，每年的单位面积电费大约在0.4—1万元人民币之间，对于一般的互联网数据中心(IDC)，单位面积电费则在0.8—1.5万元之间。单位面积电费可以粗略地根据服务器耗电得要验证。例如，一个长期满负荷运行的、功率为1kW的服务器，每年的耗电量为8760kWH，电费约为0.8万元。服务器在实际运行负荷下的功耗，约为满载的40%—60%;但同时为服务器提供环境的机房设备所消耗的电能，则可能是服务器能耗的2—3倍。如果一个数据中心安装有100台这样的服务器，在考虑以上两个因素后，每年的服务器总电费将达到80万元。数据中心的电能主要被两类设备消耗了：IT设备和机房设备。IT设备主要包括服务器、存储设备和网络设备;机房设备包括UPS、配电设备、线缆、空调机、新风机、加湿器、照明设备、监控设备等。从目前国内外的调查数据看，绝大多数数据中心中，机房设备的耗电要比IT设备的耗电高。这个典型的数据中心中，空调系统消耗了45%的电能，UPS供配电系统消耗了24%的电能，照明系统消耗了1%的电能，IT得到的电能仅占30%。据广州省电信规划设计院提供的数据，广州地区大型IDC机房的空调系统全年耗电平均占IDC总耗电的45%(2006年数据)。机房空调系统解决方案在数据中心空调系统中主要分为风冷直接蒸发式空调系统、水冷直接蒸发式空调系统、冷冻水空调系统、双冷源空调系统等空调系统。以数据中心空调系统作为集中冷源的冷冻水系统，该系统与各自独立的直接蒸发式空调系统相比，制冷效率更高，设备更集中更少，运行更稳定，故障率和维护成本更低，国外众多大型数据中心普遍使用冷冻水空调系统。阿尔西提出的数据中心自然冷却冷冻水系统，已通过国家专利审批。它通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与机房内部空调气流组织的完美匹配，并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化，对冷冻水流量进行灵活的调节，将自然冷却的效益发挥到最大，始终使机组保持高效运行。此套数据中心空调解决方案根据安装地区气候条件的不同，可以实现20%～50%的节能，使得运行费用大幅缩减，而为此增加的空调设备初投资，最多两年的时间就可以收回，而整个机组的使用寿命至少有10年。冷冻水空调系统包括不含冷源的冷冻水型机组加冷水主机。冷水主机分为普通冷水主机和自然冷却冷水主机。普通冷水主机一般安装在建筑物的屋顶外部，它们专为室外安装设计，不需要增加任何针对恶劣天气的保护措施。冷水机组按照不同冷凝方式可分为风冷和水冷两种，以风冷冷水主机为例，其工作原理是：携带室内热量的高温回水流入机组，进入壳管式蒸发器，被制冷剂盘管冷却，热量传递给制冷剂，由后者带到风冷冷凝器中，由风机驱动环境空气对其进行强制散热。按经验来说，一套空调设备的平均制冷量为设计值的85%，剩下部分作为冷量备份。自然冷却冷水主机的工作原理：当室外温度较低时，就可以利用冷空气冷却高温回水，不需要开启压缩机即可为空调室内机提供冷量，这种方法即为自然冷却方法。利用自然冷却效应开发的冷水主机即为自然冷却冷水主机，它与普通冷水主机最大的区别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管，旨在最先利用环境冷空气冷却盘管内的回水;另一个区别在于内部水循环系统的设计上，自然冷却循环利用三通调节阀将循环水路与自然冷却热交换盘管连接起来(如下图所示)。其实，自然冷却冷水主机的工作原理并不复杂：当三通调节阀中旁通B完全关闭，A与C连通时，即自然冷却热交换盘管关闭，全部冷量由压缩机制冷提供;当室外温度低于回水温度时，A关闭，B与C连通，回水通过自然冷却热交换盘管预冷，然后再进入蒸发器，这样一来，压缩机只需部分工作就可以满足空调冷量的要求，从而节省了大部分能耗;而当室外温度足够低时，A关闭，B与C连通，通过自然冷却就可以完全满足空调冷量要求，压缩机停机，这时机组总能耗明显降低，只包含自然冷却系统的能耗，总之，室外温度越低，节能效果越明显。如果采用自然冷却冷水机组比普通冷水机组每年大约节能20～50%，具体效果如何会因安装地区的气候条件而不同。风冷直接蒸发式机组，适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所，可外挂或外置室外机(楼层不高，允许破坏建筑外观)，系统简单，无须考虑配备水泵和冷却塔，也无需集中冷冻水系统为之服务。缺点为室内外机之前的管长受限，在室内外机之前接管超过60米时，需要根据实际情况采取解决方案。水冷直接蒸发式机组，适用于有集中冷却水系统的场所，机组能效比风冷式机组高，机组安装不受室外场地限制。双冷源机组具有直接蒸发式和冷冻水机组的双重优点外，同时还具有冷源相互备份的特点，当使用用户冷冻水资源时，只有冷冻水盘管换热，压缩机停止运行，有利于节能，当用户停止中央空调冷冻水系统时，机组启动压缩机进行制冷。机房空调系统分析比较以一个面积为8000平方米，热负荷为500W/平方米的数据中心为例，不同空调系统(自含冷源的风冷直接蒸发式机组、水冷直接蒸发式机组、普通风冷冷水主机加冷冻水机组、自然冷却冷水主机加冷冻水机组、水冷冷水主机加冷冻水机组、双冷源型空调机组)分别在哈尔滨、北京、上海、广州、贵阳这五个城市运行，分析运行结果如下：首先，从空调系统总投资的比较可以看到，双冷源系统，具有风冷和冷冻水系统双重特点，投资成本最高，但是系统的运行最稳定，维修和维护量最大。自然冷却冷水主机加冷冻水机组和普通风冷冷水主机加冷冻水机组投资成本相当，比双冷源系统要小很多，自然冷却冷水机组在不同的安装条件可以达到不同的节能效果，所以在合适的安装地点推荐使用自然冷却冷水机组，风冷直接蒸发式机组和水冷直接蒸发式机组的系统总投资最小，风冷机组适用于全国范围内，其灵活性最高，而水冷机组更适用于南方地区。从上述各空调系统的比较分析不难看出，对于北方城市的哈尔滨来说，四季分明，冬天温度相对比较低，所以不适宜使用水冷系列，故在比较时没有将此种空调系统考虑进去，在比较中发现自然冷却冷水主机加冷冻水机组的节能效果很明显，耗电量明显减少。由于北京一年当中大约有30%的时间温度小于10度，故自然冷却冷水机组加冷冻水机组可以比普通冷水主机加冷冻水机组节能30%，和其他空调系统相比耗电量也明显减少，节能效果显著。对于平均温度很高的城市如上海、广州、贵阳等地，很难实现利用环境温度实现自然冷却功能，相比之下不推荐使用自然冷却冷水主机加冷冻水机组，从系统总投资上可以看出，水冷冷水主机加冷冻水机组的系统总投资最少，在计算设备制冷总功率和耗电量时，直接蒸发式机组最高，其中还未考虑加热器、加湿器等耗电量，同时实际机组工作时直接蒸发式机组由于室内环境变化会引起压缩机的频繁启动，必然引起耗电量增加，而水冷冷水主机加冷冻水机组这样的情况没有直接蒸发式机组发生频繁，所以从能耗角度考虑直接蒸发式机组也没有水冷冷水主机加冷冻水机组系统要好，经计算，水冷冷水主机加冷冻水机组系统较风冷直接蒸发式机组要节能可达到20%左右。机房空调与普通空调的对比机房专用空调的五大特性分析为什么不使用一般的舒适性空调而专门设计机房专用空调呢？现在仍有对此问题有疑问者，本文将从五个方面予以比较说明。……全文机房专用空调与舒适性空调的区别对于机房来讲，要保证机房的环境稳定可靠，需要机房专用空调来实现，使用舒适性空调机组仅仅是减少了初投资，但无法保证机房要求的温湿度环境，……全文机房空调八大配件的作用和功能机房空调包括很多制冷配件:热力膨胀阀、干燥过滤器、水份指示器、自动补水阀、压力开关、冷媒、空调过滤器等。……全文机房专用空调的五大特性分析网站原创作者：小雪整理编辑：杨雪姣评论：0条本文Tag：机房空调【IT168技术】机房专用空调下是在60年代为保证电子设备的运行所需的温湿度而产生的。近年来，随着通信、网络的爆炸性增长，计算机等电子产品对冷却的需求也越来越大。同时因为目前的软件投资的重要性与日俱增，机房环境问题更成为网络建设的关键一环。从90年代开始，全球不断涌现的IDC项目中，都将机房环境视为建设的重点之一。为什么不使用一般的舒适性空调而专门设计机房专用空调呢？现在仍有对此问题有疑问者，本文将从五个方面予以比较说明。一、环境要求1.温湿度根据计算机房设计规范GB50174—93(电子计算机机房设计规范)的规定，机房室内温湿度应满足下表要求。普通居民住宅、办公室的要求较为宽松，一般要求温度控制在21-27℃，湿度控制在35%-75%。项目开机停机A级B级A级B级冬季夏季全年－－温度℃20±223±218-285—355—35相对湿度％45—6540—7040—7020—80温度变化率℃5／h不得结露10／h不得结露5／h不得结露10／h不得结露2.空气洁净度机房对空气洁净度有较高的要求。因为设备内部积累灰尘，一方面影响设备的冷却效果，容易造成设备局部过热：另一方面灰尘会吸附水分产生腐蚀，引起电路板等设备的绝缘性能下降。因此GB5017493对机房内洁净度要求为：每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数应小于18000粒。普通的生活和办公环境对空气洁净度没有明确的规定。3.机房设备的散热量机房内有多种设备，其发热量各不相同，热密度远大于一般民用和办公环境。在寒冷的冬季依然需要制冷，机房设备散发的热量都是以显热的形式出现，室内显热比在90%以上。舒适性环境的散热量小，需除去相当多的潜热，显热比要求低。二、机房专用空调和舒适性空调设计的对象机房空调是为保证机房内恒定的温湿度、洁净度等设计。舒适性空调是为人提供舒适的办公生活环境而设计。根据上文分析，机房内的温湿度和一般办公生活要求有很大的不同，所以针对不同要求，空调的设计也有很大的区别。三、机房专用空调和舒适性空调在设计方面的区别项目机房专用空调舒适性空调运行于设计工况参数运行于机房工况参数空调运行室内环境温度22—24℃温度27℃温度22-14℃湿度50％湿度50％湿度50％风量260-400m3／KW冷量150-200m3／KW冷量150—200m3／KW冷量出风温度13—15℃10—12℃7—9℃冷媒蒸发温度7℃7℃4—5℃显热比90—100％60-70％60-70％正常运行允许室外温度—35℃一+42℃—5℃一38℃—5℃一38℃上表列出了机房专用空调和舒适性空调的风量、出风温度、显热比等几个重要设计参数的区别，造成区别的原因是机房环境和舒适性环境对温湿精度的要求不同，热密度不同和对显热比的要求不同。四、舒适性空调运行于机房条件下连续运行故障问题分析从室外环境温度来看：舒适性空调在设计理念上只是在夏季发挥降温功能，室外温度较低时，即无法进行制冷。夏季制冷时舒适性空调可正常运行，随着冬天室外温度的下降，冷凝压力降低，蒸发压力也随之下降，蒸发温度低，产生蒸发器低温保护，同时空气处理时过度除湿，蒸发器容易结霜，导致机组不能正常工作。而且制冷剂循环流量减小，制冷量下降，使机组设备不能正常散热。而标准机房的特点是发热量大，其空调即使在冬季也要具备降温功能。舒适性空调在冬季运行时，制冷量下降，蒸发器温度低、结霜，机组不能正常工作，不能适应机房的冬季运行要求。精密空调采用可调速冷凝风扇和带储液罐冷凝器等方法，保持冷凝压力，适应各类室外温度变化的要求，在室外-35℃时仍能保证空调24小时正常工作。五、从使用效果方面分析1.温度控制精度舒适性空