2022年数据中心节能分享 .pdf

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1、数据中心节能：因地制宜选择机房空调2010-08-06 来源：51cto 作者： admin 说两句当前， 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

2、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23 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

3、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

4、、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

5、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 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

6、： 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

7、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

8、组比普通冷水机组每年大约节能2050% ，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

9、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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - -

10、 - - 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

11、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

12、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。冷却塔在数据中心的应用来源：机房360 作者： 小柯更新时间： 2010/5/5 10:50:01 摘要：冷却塔的工作原理很容易理解，简单的说，通风的空气从正确的角度吹向滴下来的水，当空气通过这些水滴的时候，一部分水就蒸发了，由于用于蒸发水滴的热量降低了水的温度，剩余的水就被冷却了。多年来， 由于增加服务器的密度并减少其

13、体积的大小，服务器的密度变得越来越高，数据中心正日益产生更多的热量。因此， 每平方英尺产生热量的瓦数正在不断上升，这种功率密度的增加严重制约了传统的冷却方法和技术。同时，大量的能源应用于数据中心之后转换成大量的热， 这是一个周而复始的过程，鉴于这种能源消耗与能源成本，专家一直在寻找既能降低能源成本又环保的方法。其中一种方法是使用冷却塔。本文就冷却塔的工作原理及应用特点做简单介绍。正如它的名称表明的那样，冷却塔是一种塔状设备，负责冷却数据中心并把废弃的热量排放到大气中。 冷却塔使用冷却水或者仅仅使用空气消费数据中心废弃的热量。冷却塔有各种尺寸，简单的冷却塔有房顶高，巨大的冷却塔占地面积直径达10

14、0 米。数据中心安装多大尺寸的冷却塔主要取决于需要清除的热量总量和其它相关的因素。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 冷却塔的工作原理:冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去设备或制冷空调中产生的废热的一种设备。基本原理是：干燥(低焓值 )的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动，湿热(高焓值 )的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面由于空气与

15、不的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，带到目前为走蒸发潜热，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。冷却塔的工作过程：圆形逆流式冷却塔的工作过程为例，热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、 中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面；干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽出，进入塔内的空气、 是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水

16、分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度（通常说的干球温度）低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去， 而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。 由此可以看出，与水接触的空气越干燥，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。由此可见， 冷却塔的工作原理很容易理解。简单的说， 通风的

17、空气从正确的角度吹向滴下来的水， 当空气通过这些水滴的时候，一部分水就蒸发了，由于用于蒸发水滴的热量降低了水的温度，剩余的水就被冷却了。这种方法的冷却效果依赖于空气的相对湿度以及压力。蒸发的水的总量随着湿度的下降而增加，剩余的水的温度也随着下降。换句话说， 湿度越低， 冷却塔的冷却效果就越好。普通的冷却塔有各种形状和尺寸。根据工作量的需求和安装的位置，有的冷却塔形状像一个倒着放的漏斗，有的冷却塔像一个小箱子。必须要记住， 安装冷却塔的最初成本肯定比安装那些没有冷却塔的传统的冷却系统高得多。但是，这肯定是一次性的成本，但是每一年节省的成本将不断增加。因此在一段时间里，冷却塔肯定能够节省大量金钱和

18、珍贵的能源。考虑到全球的能源状况，节省能源是更加重要的。冷却塔在数据中心的应用已经受到了重视，英特尔最近介绍了它在两个高密度数据中心成功地使用冷却塔的情况，通过使用湿气节能设备减少了冷却设备的电源消耗。采用这种方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 法每年能够节省14.4 万美元电费。无论按照什么标准衡量这都是很大的节省。不过在英特尔的这个冷却塔试验中还发现这种节能设备的也许没有最初看起来那样节省。这种矛盾的原因是冷却

19、塔需要一个庞大的加湿系统和预热。这将增加整个系统的成本和复杂性。还有一个争论说由于使用冷却塔的这种节能设备的湿的方面需要更多的温度较低的水，因此， 冷却塔风扇部分将消耗更多的能源，所以它并不便宜。但是，试验结果表明这没有负面的影响，冷却塔从长远看仍是节能的。因此，我们看到， 冷却塔是利用自然的免费的空气在工业机构和数据中心提供冷却的一种极好的方法。 从长远看，这种方法实际上节能的。期待冷却塔在未来能增加应用，从而在给企业带来好处的同时能够节省更多的宝贵的能源。但是任何单个的策略都会有自己的局限性，因此， 数据中心要达到最大限度的节能效率就需要采取全面的方法，CIO 们需要把行业中目前所有的降低

20、能耗的方法智能地组合起来，寻找减少能源消耗的新途径。空气调节设备 冷却塔来源：机房3660 作者： 小柯更新时间： 2010/4/15 14:15:41 摘要：冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。冷却塔是主要的冷却水循环利用装置，它是利用空气与高温热水进行热湿交换，水蒸发变成水蒸气吸收大量热量并随空气带走，降低水温，达到循环利用冷却水的目的。冷却塔工作原理冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。其工作的基本原理是：干燥(低焓值 ) 的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽分压力大的高

21、温水分子向压力低的空气流动，湿热(高焓值 )的水自播水系统洒入塔内。 当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。以圆形逆流式冷却塔的工作过程为例：热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、 曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面； 干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精

22、心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽出，冷却水滴入底盆内，经出水管流入主机。一般情况下，进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时， 在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度（通常说的干球温度）低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。 但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去

23、。当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去，而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。 由此可以看出， 与水接触的空气越干燥，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。冷却塔分类一、按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。二、按热水和空气的接触方式分有湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔。三、按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔。四、按用途分一般空调用冷却塔、工业用冷却塔、高温型冷却塔。五、按噪声级别分为普通型冷却塔、低噪型冷

24、却塔、 超低噪型冷却塔、超静音型冷却塔。六、其他如喷流式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔等。冷却塔安装使用说明一、环境选择1、应避免装于防水通道、易反射音量的高墙，应装于屋顶或空气流通的地方。2、两台或以上冷却塔并用时，应注意塔身间距。3、不应安装在四面有外墙或密不透风的地方，并应注意塔身与外墙间距。4、应避免安装有煤烟及灰尘较多的地方，防上面堵塞胶片。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5、应远离厨房及锅炉房等到

25、较热的地方。二、安装要点1、基础应水平不能倾斜，冷却塔中心线垂直于水平面，否则影响电机工作。2、对于 175t 以上的冷却出入水管应调协支座。3、当采用两台或两台以上水泵时，应在不平之间加一平衡水管。4、循环出入水接驳，宜用避震喉连接。5、冷却塔风机叶片应与塔壁间隙一致，决不允许两面三刀侧间隙相差太大发现问题及时解决。6、电机及减速器要定期检查维修，减速器应检查油位。三、启动检查1、所有螺丝是否紧塔内是否有杂物。2、风扇及淋水系统转动是否顺畅。3、检查电源与马达电压是否一致。4、皮带组合安装是否正确。5、开启补水阀将水盆及水管完全注满，水位低于满水喉25mm 。6、起动时，先于水泵、后开风机，

26、检查风向、送风量，及时调整直至达到要求为止。7、停止时，先停风机后停水泵。四、运行检查1、保持水塔内清洁，定期做水质处理。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2、运行约60h 后，须重新检查皮带拉力确保正常。3、齿轮减速箱油位及运行150h 后须更换润滑油。五、横流式冷却塔安装使用说明1、按厂家所提供基础图，首先测量基础预埋是否正确，基础是否水平坚固，否则，须进行相应的处理或暂停安装。2、基础校验处理完好后，结合下铁

27、框及铁件编号，在基础上完成下铁框的安装，下铁框各柱脚可能安装在预埋钢板中央，调校下铁框上面使其尽可能位于同一水平面。3、安装水盆、水缸组合水盆组合整体比下铁框大15mm 。4、做好水盆、水缸的防漏工作，程序见安装说明。5、将下铁框脚板与相应基础板调校后焊牢，同时务必做好防火安全。6、按照上铁框安装图及铁件编号完成上铁框安装。7、调校上铁框使各框面水平，各立柱垂直铁框组合长、宽、高、对角线符合给定尺寸，然后收紧所有螺丝。8、按照填料及其它配件，最后安装风机、电机，并仔细调校直至达到设计要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -