IDC机房基础设施节能系统解决方案2011ppt课件.pptx

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1、机房空调系统高效节能冷却机房空调系统高效节能冷却&供电系统节能解决方案供电系统节能解决方案北京华君京通科技有限公司内容主题n一、IDC机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能n三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能n四、UPS供电系统节能n五、机房基础设施节能改造EMC模式内容主题n一、一、IDC机房能耗分布及节能技术路线机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能n三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能n四、UPS供电系统节能n五、机房基础设施节能改造EMC模式nIT设备及网络通信设备：50%；n空调的通风及加湿系统：12%；空调的制冷系统：25%；n变压器/UP

2、S供电系统：10%；n照明：3%；n资料来源：EYP Missions Critical Facilities Inc., n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n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n其典型结果是：n1、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n2、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n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n一、IDC机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能二、机房空调送风冷却系

3、统节能n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n四、UPS供电系统节能n五、机房基础设施节能改造EMC模式n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。n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。n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。 n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

4、可达3050%。气流短路造成了精密空调不得不提高标称工况制冷量3050%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。n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。n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：n1. 机房气流

5、组织不理想；n2. 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；n3. 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；n4. 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； n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。 n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。n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：n1. 受到场地限制，不能任意的增加机房空调台数；n2. 受

6、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； n3. 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n4. 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n5. 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1525%n6. 机房空调是均匀送风方式，无法针对不同热密度冷量

7、需求的机柜区别对待n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n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n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n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

8、，普遍需要架设到600mm以上。n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。 n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n配风地板样式如图： 为冷空为冷空气所环绕气所环绕 为冷空为冷空气所环绕

9、气所环绕n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n高强度防静电地板配有高流量风口，送风效率100%，冷冷热风短路率接近热风短路率接近0%（在机柜进气口端面形成冷风幕）n空调选型可完全根据服务器冷量选配，无需放大设计余量n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n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可满足虚拟机和刀片服务器满配载应用器满配载应用n在冷通道上使用，减少冷通道尺

10、寸和占地面积，增加装机增加装机密度和机柜有效利用密度和机柜有效利用面积；节约机房建设面积及业主投资n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不会出现机房内靠近空调机组前端的内靠近空调机组前端的IT机柜送风量过高、时间过长机柜送风量过高、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导致后端机柜送风较弱而产生不可估测的过热现象n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，可令空调可令空调机组运行数量减半机组运行数量减半，耗电下降2045%n冗余设计的高效长寿风机，并有超温停机、报警功能冗余设计的高效

11、长寿风机，并有超温停机、报警功能n每台总风量4000m /h，送风风压高于送风风压高于65Pa，开启部分风机即可满足机柜上部冷却需求n单台重量1400kg； n单/双向可调角度百叶风口，可满足冷通道内两侧面可满足冷通道内两侧面对面分布的机柜双向对面分布的机柜双向4590送风送风；n对原有机柜无需进行任何改装和接触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；n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；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222之内。n配

12、备美国原装红外送风温度传感器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n可实现集中监控的电脑控制器，具备RS485联网监控接口n完备的报警功能，配备消防、远程紧急关断接入点配备消防、远程紧急关断接入点n配备照明型开关及保险，保证风机地板供电、维修关断时对对UPS电源无浪涌、对网络无闪断等干扰电源无浪涌、对网络无闪断等干扰n配有完备的防静电地板工作地与机组保护地绝缘隔离防静电地板工作地与机组保护地绝缘隔离的措施n可选配标准全钢地板和不同高度不同高度木地板以及面板花纹、颜色等规格的产品。n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n型号HCCT-200/4-S； H

13、CCT-200/4-F n外形尺寸600*600*180H；600*600*180H（mm）n送风总量3200M3/h； 4000M3/hn输出冷量10KW； 25KWn送风风压25Pa； 65Pan额定电压 220v/50Hz 220v/50Hzn额定功率 230W； 410Wn额定电流 09A； 19An颜色浅白面板/深色机箱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1m红外测控配风地板m+1n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+164n首先进行机房能源和散热审计、

14、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n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n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 n改造前汇总数据改造前汇总数据2台空调机组全运行的数据功率总

15、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n节能改造后预计数据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预计全年节约电耗58153度、节能率达度、节能率达24.7%、节电费、节电费46523元元内容主题n一、IDC机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能n

16、三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能三、风冷式空调室外机喷水雾方式冷却节能n四、UPS供电系统节能n五、机房基础设施节能改造EMC模式IDC机房机房空调室外冷凝器空调室外冷凝器喷水雾冷凝节能系统喷水雾冷凝节能系统 冷凝器风扇雾化水雾化器肉眼看不见的水蒸汽 在夏天高温季节在夏天高温季节, ,用喷雾代替喷水，既解决了室外机跳用喷雾代替喷水，既解决了室外机跳机，又节约了大量水资源机，又节约了大量水资源, ,还节约了大量电费还节约了大量电费. .是空调节能是空调节能的方向之一。的方向之一。室外冷凝器水喷雾节能系统室外冷凝器水喷雾节能系统n当蒸发温度不变,冷凝温度升高,对同一台制冷机来讲,它的制冷量减

17、少,功耗增大;反之,当冷凝温度降低,情况正好相反.雾化雾化-扩大水与冷凝器的接触面积,通过雾化水与空气接触的表面积增加几百倍,让水易于蒸发。温差温差-当雾化水相变气化时可吸收大量热量(同质量水温度升高吸热的539倍)，使冷凝器进风面温度T下降，冷凝器两边温差加大即t加大，使冷凝器冷却效果更加提高。负压负压-由于风机抽风的负压作用,使雾化水与冷凝器的接触面积加大增加散热量，改善压缩机工况。n水雾产生水雾产生: 喷水雾器，它能把水滴雾化成1/500的小水雾,水雾圈直径0.61米。这样一滴水的表面积就能增加近500倍。温度越低液体相变成气体的吸热量越高。这样通过雾化后的水雾与冷凝器接触面积加大，使热

18、交换能力大大加强。 机房空调都碰到室外温度机房空调都碰到室外温度33左右会发生高压报警及高压左右会发生高压报警及高压引起的停机。目前有的解决方法是采用喷水方法。它的缺点是：引起的停机。目前有的解决方法是采用喷水方法。它的缺点是： 1、喷水是用大量的水资源来换取室外机减压、喷水是用大量的水资源来换取室外机减压, ,每个喷头水量每个喷头水量48L-60L/小时。而喷雾小时。而喷雾2L/2L/小时小时. . 2、由于喷水在室外机翅片间有张力、由于喷水在室外机翅片间有张力, ,导致气流不畅导致气流不畅, ,有时候喷水反而有时候喷水反而会引起冷凝器停机。而喷雾不会滞留在翅片上，能迅速解决室外会引起冷凝器

19、停机。而喷雾不会滞留在翅片上，能迅速解决室外机高温停机现象，保证压缩机正常工作机高温停机现象，保证压缩机正常工作. . 3、不是每个场地都允许喷水，因为大量积水会引起房屋漏水问题。、不是每个场地都允许喷水，因为大量积水会引起房屋漏水问题。 4、在水资源缺乏的省市，如北京等地不允许大量喷水。、在水资源缺乏的省市，如北京等地不允许大量喷水。 喷雾是用少量水解决大问题。喷雾是用少量水解决大问题。 室外温度室外温度:(一般状况一般状况) 2529，节能5%。 3032，节能10%。 3335，节能15%20%。 3538，节能25%以上。 耗水量耗水量: 雾化器HCCT-FOGC-01 2升/时安装在

20、安装在空调后空调后的雾化的雾化器器现场现场调试调试中的中的控制控制盒盒内容主题n一、IDC机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能n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n四、四、UPS供电系统节能供电系统节能n五、机房基础设施节能改造EMC模式n数据中心机房的能耗有一部分是位于数据中心机房的中的由输入变压器(典型配置为10KV/400V型的干式降压变压器)和ATS开关所组成的UPS输入供电系统和由UPS及其相应的输入和输出配电柜所组成的UPS供电系统，它们的功耗约占数据中心机房所需的总功耗的10%左右。其中7%左右的功耗来源于UPS供电系统所产生的功耗，

21、3%左右的功耗来源于UPS输入供电系统系统所产生的功耗。n由于UPS处于交流供电环节的最重要一环，几乎机房所有的IT设备必须由UPS供电，大型数据中心的UPS装机总容量均已达到大容量或超大容量等级，提高运行时的能效势在必行。目前数据中心UPS的节能可以考虑从方案、效率、效率、降低电流谐波、提高输入功率因数降低电流谐波、提高输入功率因数、节地等方面全方位进行。 nUPS的效率直接决定了整个UPS系统的能耗，这也使得数据中心客户对UPS的效率的要求日益提高。以一个容量为300kVA的UPS为例,每度电按0.9元计算,UPS效率每提高1%,一年节省的电费为3000.80.01243650.9=189

22、21.6元。n同时若以3：1的能效比来考虑，空调系统会因此节电18921.6/3=6307.2元 n可见提高UPS的工作效率,可以为数据中心节省大笔电费,因此提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接方法。 n降低输入电流谐波以及提高输入功率因数除了大大降低所带来的危害外，还能够减少前端的配电装置和电缆的成本，同时使得数据中心的UPS供电系统的前端发电机的容量大为降低，从而大大降低数据中心的电源系统成本。n目前治理谐波能够实现低输入电流谐波（3%）和高输入功率因数（0.99），从而实现数据中心的节能要求。 n在一个机柜内部集成了可灵活配置和扩容的冗余UPS系统以及同样具备灵活配置和可扩容能力的配

23、电系统的全新的IDC电力保障和管理系统 n其内置的UPS系统具有业内最佳的节能环保特性：40%75%负载效率96%，25%负载效率95%；输入功率因数1，输入谐波电流3% 超强带载能力：输出功率因数为1，带超前及滞后功率因数负载均不降额n便于安装：上下均可进出线，无需进线柜；便于维护：全正面维护，UPS、旁路、配电均可在2min内维修更换；便于改造：冗余UPS系统可共用电池系统，电池组采用12V30/32/34/36/40节设计，设置灵活，便于旧系统改造时利用原有电池系统，也可在单节电池故障时及时撤除，消除对UPS系统运行的影响 n现运行的普通UPS效率多处于83%（最差的竟73%），功率因数

24、0.88n就此以一个典型的2N冗余数据中心在没能提升UPS运行效率以及采用高效UPS的电能利用状况进行如下分析：普通UPS200KVA 1+1高效UPS200KVA 1+1机房负载100KVA，负载率25%机房负载100KVA，负载率25%运行效率88%运行效率95%功率因数0.8功率因数0.99输入功率142.05kw106.33kw 节能25.15%节约空调电耗11.91kw年节电417238.8kwh，节能率近31%内容主题n一、IDC机房能耗分布及节能技术路线n二、机房空调送风冷却系统节能n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n四、UPS系统节能n五、机房基础设

25、施节能改造五、机房基础设施节能改造EMC模式模式n合同能源管理（合同能源管理（EnergyManagementContrct，简称，简称EMC）是）是70年代在美国发展起来的、目前欧美国家广泛年代在美国发展起来的、目前欧美国家广泛采用的、基于市场的一种节能新机制。采用的、基于市场的一种节能新机制。n事实证明这种模式能够激起能耗企业开展节能技改的热情，事实证明这种模式能够激起能耗企业开展节能技改的热情，有效地推进节能工作，受到了联合国和各国政府的大力推有效地推进节能工作，受到了联合国和各国政府的大力推广。广。n采用采用EMC模式开展业务的专业节能服务公司，国内称为模式开展业务的专业节能服务公司，

26、国内称为EMC公司，国外称为公司，国外称为ESCO公司。公司。n其内涵是：指从事能源服务的其内涵是：指从事能源服务的EMCEMC公司与客户签订节能服公司与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、安装调试、人员培训、节能量资、设备采购、工程施工、安装调试、人员培训、节能量确认等系统的节能服务，并从客户节能改造后获得的节能确认等系统的节能服务，并从客户节能改造后获得的节能效益中，收回投资和取得利润的一种商业运作模式。效益中，收回投资和取得利润的一种商业运作模式。在中在中国示范推广刚满十岁国示范推广刚满

27、十岁,新近在国家各类节能文件中频繁出新近在国家各类节能文件中频繁出现现nEMC公司负责运作节能项目、承担项目全部技术和公司负责运作节能项目、承担项目全部技术和经济风险，产生节能效益后，与用能企业一同分享，经济风险，产生节能效益后，与用能企业一同分享，并以此取得投资回报。并以此取得投资回报。n能耗企业不用资金投入采购设备以及折旧计提，即可能耗企业不用资金投入采购设备以及折旧计提，即可完成节能技术改造；完成节能技术改造；n节能工程施工完毕，就可分享项目的部分节能效益；节能工程施工完毕，就可分享项目的部分节能效益；n在合同期内，能耗企业的支付全部来自项目效益，现在合同期内，能耗企业的支付全部来自项目

28、效益，现金流始终为正值，提升资产负债表的财务价值；金流始终为正值，提升资产负债表的财务价值；n合同结束后，节能设备和全部节能效益归能耗企业；合同结束后，节能设备和全部节能效益归能耗企业；nEMC为能耗企业承担技术风险和经济风险。为能耗企业承担技术风险和经济风险。nEMC实施节能改造不影响企业正常的生产和经营。实施节能改造不影响企业正常的生产和经营。能源费用能源费用企业的节能分享收益企业的节能分享收益EMC公司的投资收益公司的投资收益EMC公司的投资回收公司的投资回收企业的节能收益企业的节能收益节能改造节能改造设备移交设备移交能源节约量能源节约量正常消耗量正常消耗量EMC项目项目实施前实施前EM

29、C项目项目实施中实施中EMC项目项目终止后终止后能源费用能源费用能源费用能源费用能源费用节省nEMC公司从事的是一种风险投资公司从事的是一种风险投资 不仅要提供节能项目的融资，还要承担节能技术与不仅要提供节能项目的融资，还要承担节能技术与项目成败的风险；项目成败的风险； 不仅要负责节能项目的建设，而且要保证节能项目不仅要负责节能项目的建设，而且要保证节能项目的效果。的效果。 这是任何节能产品销售商与节能项目工程商都无法这是任何节能产品销售商与节能项目工程商都无法与之比拟的！与之比拟的！nEMC公司销售的实际上不是设备，而是一种系统的公司销售的实际上不是设备，而是一种系统的节能服务，是一种减少能

30、源成本的财务管理方法，项节能服务，是一种减少能源成本的财务管理方法，项目里的产品、技术和工程都是服务的手段，而非服务目里的产品、技术和工程都是服务的手段，而非服务的目的。的目的。 1节能更专业：节能更专业：EMCEMC公司拥有一批能源审计、能源管理、财公司拥有一批能源审计、能源管理、财务融资专家及暖通制冷、电力电气、自动控制等方面的专务融资专家及暖通制冷、电力电气、自动控制等方面的专业工程师，能为企业提供更专业的节能技术服务。业工程师，能为企业提供更专业的节能技术服务。2技术更先进：技术更先进：掌握着国内外最新、最先进、最成熟的节掌握着国内外最新、最先进、最成熟的节能技术和高效用能设备方面的信

31、息资讯，因此能根据机房能技术和高效用能设备方面的信息资讯，因此能根据机房项目的不同特点，采用最适合的技术方案。项目的不同特点，采用最适合的技术方案。3 3 服务更全面：服务更全面：提供一系列的能源审计与管理、节能改造提供一系列的能源审计与管理、节能改造整体方案设计与施工、用能设备维护与管理、节约能源诊整体方案设计与施工、用能设备维护与管理、节约能源诊断与顾问咨询、节能知识传播与人员培训等全过程、全方断与顾问咨询、节能知识传播与人员培训等全过程、全方位的服务。位的服务。4管理更科学：管理更科学：企业借助企业借助EMCEMC公司实施节能服务，可以获得公司实施节能服务，可以获得专业节能资讯和能源管理经验，提升管理人员素质，促进专业节能资讯和能源管理经验，提升管理人员素质，促进内部管理科学化。内部管理科学化。节能效益分享能源审计节能诊断节能改造方案设计能源管理合同的谈判和签署项目投资施工.设备采购.安装及调试节能及效益产生及及监测节能及效益产生及及监测nHCCT 于郡东于郡东n谢谢观赏！谢谢观赏！n2011年年3月月