《热管制冷背板技术在机房大功率机柜中的应用研究》开题报告.docx

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1、中国移动集团级重点研发工程含联合工程 开题报告一、工程编号及名称：热管制冷背板技术在机房大功率机柜中的应用争论二、工程组：三、课题背景和意义201BOSS 机房位于山西移动枢纽楼 2 层，面积约 550平方米，机房现有不同厂家的共 7 台机房专用空调，空调系统承受风管上送风、下回风的送风形式，各空调通过静压箱相互联通，以支风管将冷风送至机架过道上方。现机房内空调冷量已经到达饱和甚至缺乏，全部空调均全负荷运行，没有冷量冗余，并且由于机房空间的限制，无法再增加的传统机房专用空调，这样长期运行，机房存在格外严峻的安全隐患。经现场测定回风温度，IBM 的 P 系列小型机出风温度明显高于其他机组，且超出

2、或接近 IBM 厂家规定的温度，已达临界。假设靠近 IBM 机柜的一台空调进展停机维护时，其对应的区域温度马上攀升，六台 IBM 机柜温度甚至高达 43，整个机房温度也明显上升。此时，必需在机房的此区域增加两台轴流风机进展强制空气循环制冷，否则，环境温度的上升将严峻影响重要效劳器的正常工作，局部过热时间过长，效劳器甚至可能会消灭宕机，这将会导致计费系统的严峻事故。本工程制造性地将 SIS 热管制冷背板系统技术应用到机房，结合自然冷源冷水机组组成一个高效、牢靠、节能的制冷机组，承受SIS 热管制冷背板系统，针对大功率机柜按需供冷，即可以有效地解决机房内大功率机柜造成的局部热点难题，又可充分地利用

3、自然冷源进展节能。由于热管蒸发器安装在机房背板上，不占用地面空间，节约了机房空间。设备工作性能稳定，故障率低，维护量小，经济及社会效益明显，值得在全集团进展推广。四、课题争论目标本工程主要针对通信机房特别是 IDC 机房、数据机房和 BOS 计费机房因承受大功率机柜发热量大，从而造成机房局部过热难题进展争论，通过改善机房气流组织，解决局部热点问题；提高空调系统的利用效率，降低机房空调用电量，实现节能增效；探究机房高密度散热技术，为集团的高密度机房的空调系统设计供给参考。五、课题争论内容包括争论总体框架、难点及解决方案、主要技术方案和关键技术等5.1 争论总体框架1、本工程主要针对大功率机柜单机

4、柜 5KW 以上发热量大，造成机房局部过热难题，争论承受可利用自然冷源的高效分布式制冷模块SIS 热管制冷背板系统，来解决机房内局部热点问题。2、热管冷源方式的监测与争论，得出自然制冷模块与冷水机组切换的室外温度建议。3、 争论室内冷剂管路长短对热管制冷的影响，给出室内循环冷剂管路允许使用的长度建议值和室外中间换热器与室内设备高度最小建议值.4、 通过理论分析计算与改造前后机房空调实际耗电量的变化，对节电量进展统计，分析投资回收期。5.2 难点及解决方案1. 室外机安装位置：由于室外机平台根本上已被机房专用空调室外机占满，而热管空调室外机的体积又比较大，只能安装在楼顶、地面或其它空闲位置。2.

5、 热管中间换热器与制冷背板之间管路的连接：由于机房内状况比较简洁，走铜管需要动火焊接，直接影响机房安全，所以承受高品质的专用软管来进展连接。3. SIS 制冷背板的制作及安装：由于是按需制冷，而每台需降温的机柜外形又不同，所以制冷背板需要依据机柜的实际尺寸进展订制。前柜门制冷背板进风23出风234. SIS 制冷背板的安装：SIS 制冷背板依据制冷量不同重量在几十公斤，直接挂在机柜上可能不稳定，所以在制冷背板下面设计安装了两个可以上下调整的万向轮来做关心支撑，有效地解决了重量支撑难题。5.3 主要技术方案和关键技术由于 201 机房中，小型机机柜发热量较大，排风温度过高，严峻影响了邻近机柜的散

6、热条件，目前为解决局部热点，承受的是在小型机机柜四周安装两台4KW 风机，增加局部循环风量的方法。此方法能够在确定程度上减轻了局部热点的现象，但是噪音大，造成机房气流组织混乱，又耗电。经对现场状况分析，201 机房的问题集中在如何解决多个 10kW 机柜高发热的问题上，常规的增加空调、远距离送风不能解决局部热点问题，加风机也是临时解决措施，需承受有针对性的高热密度制冷设备进展冷却。针对这种状况，本次改造承受可利用自然冷源的高效分布式制冷模块 SIS 热管制冷背板系统，将机房内 14 个小型机机柜的背部柜门改换成 SIS 热管制冷背板，来解决机房内 14 个小型机机柜的局部热点问题。图 1SIS

7、 制冷背板工作示意图空调6#38电源设备调 5#1 2空电源设备NCR ITNMSEMC 3700EMC DMX3SAN光纤 EMC 8830交换机35调 4#空3 4沟通配电柜D380 K580 K580 A500 A500 K360 K360 N4000 H85 H85 M85 M85 M85 M85 M85 M85HP HP HPHP HP HP IBM IBM IBM IBM IBM IBM IBM IBM36HP RX66005 6DDF HP HP HP HP IBM IBM IBM DDF阵列 K580 K570 K570 H85 H85 H857# 空调36EMC DMX202

8、37 8效劳器PCHP EMC 34401000ALT P4000netappDMX STK L700E日立820 9960 磁盘阵列7206 DDF调 3#空UPS输入柜14沟通配电柜PC效劳器与拨打测试仪等设备40调 2#空9 10 11 12 13 14思科4506(停用)IBM IBM IBM P570 P570 P550调 1#空磁盘阵列磁盘阵列DS8100DS8300图 2局部热点位置示意图，虚线框指示区域的 114 号机柜。一 室内局部承受“SIS 制冷背板”。 将小型机机柜的背门更换成“SIS 制冷背板”， 使机柜排出的热风经过背板降温后，再排放到机房环境中，在不占用地面空间的

9、前提下，彻底解决局部热点问题。信息设备排出高温空气高温空气冷却至接近室温图 3SIS 热管制冷背板“SIS 制冷背板”内充装无毒、无腐蚀、不燃的气态制冷剂，安全等级高， 发生泄漏时，不会对机房内的人员、设备产生危害。“SIS 制冷背板”承受柔性管路连接，安装完毕后，可像机柜原柜门一样自由开关，不影响机柜内设备维护工作。二 室外局部室外局部承受“可利用自然冷源的冷水机组+热管中间换热器”。冷水机组为整个系统的冷源，并将冷量通过“热管中间换热器”传递至制冷剂中，由制冷剂输送至“SIS 制冷背板”，实现机房内无水进入，从而保证了该改造系统安装、施工时，不影响机房内设备的运行和人员的正常工作，系统运行

10、时，也不会给机房带来安全隐患。“可利用自然冷源的冷水机组”：在气温炎热时段，承受高效制冷模式运行； 在过渡季节、严寒季节承受自然冷源模式运行，充分利用自然冷源降低制冷能耗， 实现经济制冷，节能运行。三智能监控系统SIS 热管智能监控系统能够监控整个SIS 热管制冷背板系统各个部件的运行状态：（1） 风机、泵、冷机、制冷剂等状态的实时监控，发生故障时自动发出“告警”，能够准时觉察故障点；（2） 智能调整设备的运行，保证全显热换热；（3） 智能协调高效主动制冷模块、自然冷源模块的运行状态，使两个模块运行无缝接合。四改造方案接待大厅屋面6#空调电源设备调空5#1 2电源设备NCR IT EMC 37

11、00NMSEMC DMX3SAN光纤 EMC 8830交换机4#调空3 4沟通配电柜D380 K580 K580K360 K360 N4000 H85 H85 M85 M85 M85 M85 M85 M85HP HP HP A500 A500 HP HP HPIBM IBM IBM IBM IBM IBM IBM IBMHP RX66005 6HPDDFHP HP HP IBM IBM IBM DDF阵列 K580 K570 K570 H85 H85 H85补水管-二楼卫生间空7# 调EMC DMX20237 8效劳器PCHP EMCALTnetapp 日立3440 DMX STK L700E

12、1000P4000820 9960 磁盘阵列 7206 DDF调空3#14 14UPS输入柜PC效劳器与拨打测试仪等设备沟通配电柜调空2#9 10 11 12 13 14思科4506(停用)IBM IBM IBM P570 P570 P550调磁盘阵列磁盘阵列DS8100DS83001#空室内局部的蓝色管路为背板连接的柔性管路，中间无接口接驳，充分保证密封性能。柔性管路分为两组，一组从天花板上走，另一组从地板上走。柔性管中充装制冷剂。依据机房及机柜的勘察状况，本工程选用“SIS 热管制冷背板”型号为“SISCRD08”图 4SIS 热管制冷背板改造示意图室外局部为“热管中间换热器”和“自然冷源

13、冷水机组”，其中“自然冷源冷水机组”中使用防冻水，在气温-2550均能正常运行。热管中间换热器安装在机房西墙上，自然冷源冷水机组安装在一层接待大厅的楼顶上。五方案的主设备配置清单方案简介：设备名称A. 消退局部热点B. “风冷”自然冷源自然冷源模块风冷自然冷源模块高效主动制冷模块制冷量：120kW1 台SIS 热管制冷背板8kW14 个热管中间换热器40kW3 个智能监控系统1 套总制冷量112kW表 1 改造方案主设备配置清单六节能效果测算1、原空调系统用电量分析：空调系统各项用电量计算如下： A风机功耗室内风机功耗=总制冷量/12=41.7kW为缓解机房局部热点现象，机房内安装了两台 4k

14、W 的落地风机，功耗=4kW2=8kW原机房空调系统室内风机总功耗=41.7kW+8kW=49.7kW B制冷功耗制冷功耗=空调冷负荷/COP=309.7kW/3=103.2kW C加湿功耗加湿功耗=机房空调冷负荷10%100%=178.9kW10%100%=17.9kW2、安装“SIS 热管制冷背板”后，机房空调系统的用电量分析：D SIS 热管背板系统”室外局部功耗制冷时段：6540 小时，功耗 35kW自然冷源时段：2220 小时，功耗 3.3kW室外局部用电量=制冷时段用电量+自然冷源时段用电量=35kW6540 小时+3.3kW2220 小时=23.6 万度/年改造后:机房空调年平均

15、功耗=空调室内风机功耗空转率+制冷功耗+加湿功耗=353.8kW/12(1-178.9kW/353.8kW)+59.6kW+17.9kW=92.1kW机房空调年用电量=机房空调平均功耗8760 小时=92.18760=80.7 万度/年“SIS 热管背板系统”年用电量=室外局部用电量+室内局部用电量=24.8 万度/年改造后201 机房空调系统总用电量=机房空调系统用电+SIS 热管制冷背板系统用电=80.7 万度/年+24.8 万度/年=105.5 万度/年比照改造前机房空调系统用电量，则：改造后的理论节能效果= 改造前用电量改造后用电量=138.5 万度/年105.5 万度/年=33 万度

16、/年理论节电率33/138.5100%23.8%机房平均电价按 0.8 元/度计算：投资回收期 = 100 万元/26.4 万元=3.79 年3、实际节能效果要通过对制冷背板运行前后机房空调耗电量进展统计分析才能得出六、专利检索状况SIS 制冷背板技术通过国家专利局有用型专利审核，名称为一种机柜节能散热背板系统，专利号 ZL 2023 2 0594405.X, ，专利权人北京纳源丰科技进展。七、已有的争论工作积存和取得的争论成果针对机房局部过热难题，我公司在前几年承受“冷通道全封闭变风量准确送风方案”进展治理，在静压箱和风管间加装一台1500 立方/H 的轴流风机，通过静压箱将冷风送到铝合金风

17、管，风管安装在静压箱的正下方，通过风机和风管的牵引下让不同流量的冷风直接送到高发热机柜柜后门，并在安装了一个全封闭隔热的门背罩，形成了一个全封闭的制冷通道，在后门上加装了两个 720 立方/H 轴流风机，来增大冷却风量。轴流风机功率的大小由设备的散热量来确定，可做到不同设备用不同冷风量来准确送风降温，解决了机房局部高温的难题。403 机房软交换设备的进风温度由 28 度降到 24 度，设备出风温度由 39.4 度降到 35.6度，效果明显。但是准确送风只能解决5KW 以下的机柜发热，5KW 以上的机柜还需承受其它方法来解决。八、本课题的创点和专利点一、创点：1) 承受 SIS 热管制冷背板技术

18、并并应用在机房，在省内是首创，在国内也处于领先地位。2) 由于热管蒸发器安装在机房背板上，在不占用地面空间和机房空间的状况下,针对大功率机柜按需供冷，可有效地解决局部热点。3) 安全等级高：由于是制冷剂输送至“SIS 制冷背板”，实现机房内无水进入， 消退了水患。4) 能效比高节能效果明显：热管技术被动换热无需压缩机，内外温差为 5即可高效工作，由于不使用压缩机,并且承受自然冷却技术,自然冷源利用率高，系统的输入功率为同等制冷量空调的五分之一，能效比高达 10 以上常规空调能效比为 2.5 左右。二、专利点：1) 热管制冷背板高温自动弹开的构造设计。2) 管路接口制冷剂泄漏监测方法。九、 外部

19、合作伙伴托付方案本工程由我公司与北京纳源丰科技进展合作开发，我公司购置纳源丰公司产品与技术，共同制定机房改造方案，不涉及核心技术和学问产权。十、预期争论产出10.1 争论成果：热管制冷背板技术在机房大功率机柜中的应用争论报告10.2 标准成果：热管制冷背板安装调试标准。10.3 专利成果：1、热管制冷背板高温自动弹开的构造设计。2、管路接口制冷剂泄漏监测方法。10.4 试验成果：1、热管制冷背板运行前后机柜进出风温度比照测试报告。2、热管制冷背板运行前后空调整能效果测试报告。十一、课题争论分工无。十二、工程争论打算进度阶段一：时间：2023 年 1 月 1 日至 1 月 22 日工作内容：工程

20、启动，主要包括以下工作建立工程组织构造，确定改造方案，明确分工； 阶段二：时间：2023 年 2 月 15 日前完毕。工作内容：合同签订。通过该项工作，明确合作双方职、权、利的关系，确定系统整体工作时间。阶段三：时间：2023 年 3 月 20 日前。工作内容：方案实施。阶段四：时间：2023 年 4 月 30 日前。工作内容：设备测试及完善。阶段五：时间：2023 年 5 月 30 日前。工作内容：改造方案验收、总结。十三、工程关键技术决策点及完成时间打算工程关键决策点决策点简要描述争论完成时间打算方案确定制定切实可行的改造方案2023.1.22方案实施安全牢靠地完成改造方案2023.3.2

21、0设备测试及完善对已完成的改造方案进展测试及完善2023.4.30改造方案验收完成改造方案的验收工作2023.5.30十四、工程企业绩效奉献状况推想工程特征指标PAV工程对企业绩效奉献的量化路径图指标名称工程应用前指标现状值：PAVc工程应用 1 年后指标预期值：PAVe1此工程带来的指标变动量：PAV企业特征指标网络及生产类EAV-PS指标名称工程应用前指标现状值EAVc工程应用 1 年后指标预期值EAVe此工程应用带来的指标变动量EAV空调耗电量146.4 万度电113.2 万度电20133.4 万度电201 机201 机房机房房企业绩效指标EPV指标名称工程应用前指标现状值：EAVc 营

22、运收入工程应用 1 年后指标预期值： EAVe此工程应用带来的指标变动量：EAV营运支出资本开支注：1） 填写各项指标数值时，请在数值后一并填写指标数值的度量单位如RMB 万元、万人、%等和指标数值对应的应用范围如 XX 地市、X 省全省、31 省全网等。2） 工程特征指标是本工程应用后产生的主要可量化成效，最多不超过 3 个。如传输灾难性设备故障抢修系统工程应用的可量化直接成效表现为“缩短故障处理时间”，此即工程特征指标。其EAVc 为小时，其 EAVe 为分钟，其EAV=EAVe EAVc。3） 企业特征指标是本工程应用后对企业生产产品及效劳和经营市场及财务带来的可量化成效， 分为“网络及生产类EAV-PS”和“市场及财务类EAV-MF”，指标清单请见本模板附件 1。如传输灾难性设备故障抢修系统通过缩短故障定位时间，使“客户网络类投诉解决准时率”从小时降低到小时，使设备故障抢修时间缩短，由原来需要投入人耗时小时降低为人耗时小时， 全省每年节约人工本钱万元。其中“客户网络类投诉解决准时率”为 EAV-PS 指标，“人工本钱” 就属于 EAV-MF 指标。4） 以上指标中，工程特征指标的名称及数值皆为必填项；企业特征指标的名称为必填项，数值为选填项。企业绩效指标为选填项。建议工程经理尽量填全以更好地表达本工程对企业的奉献。