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大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

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时间: 2018-05-04
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从上世纪90年代数据中心(data center)的概念兴起至今,已过去近20年。20年的发展,数据中心的建设规模不断扩大,单个数据中心的规模也从最初常见的数百平方米发展到目前常见的数千乃至上万平方米。近年,大型数据中心数量的迅猛增加,推动了我国数据中心平均规模的快速提升。而持续高速增长的信息消费,推动数据中心的快速发展,进而为数据中心大型化奠定了基础。除需求增长外,国家的相关政策法规出台、持续推进的信息基础设施建设(如“宽带中国”)、电子商务、移动互联网和云计算等的快速普及也是数据中心大型化的重要推手。大型数据中心的能耗更高,那么在设计规划上如何做到节能?

数据中心建设等级及引用标准

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

整体标准GB 50174

●遵循国标GB 50174-2008 的A/B级机房标准

●模块化设计,灵活弹性以满足IT及业务逐步发展的需求,并可减少初期投资和运维成本

系统架构Uptime Institute

●系统架构参照Uptime Institute于2012年8月最新发布的等级标准中定义的最高可用性等级Tier IV Ⅲ

●N+1设备配置,双路配送路由

●冗余设备和管线之间物理隔离

●不间断制冷

●自动故障切换

网络布线TIA-942-A

●网络布线系统架构将主要参照TIA-942-A中Tier 4等级的要求设计

●增加新空间——中间配线区IDA

●使用OS2/OM4/Cat.6A传输介质

环境空调ASHRAE

●机房环境按美国ASHRAE TC9.9发布的指引《2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments》中Class A1等级设计

●采用自然冷却、中温冷冻水等各项高效节能技术,在确保Tier IV可用性等级的前提下,降低年均PUE至:1.5以下

污染物控制ISO / ISA

●机房微颗粒物污染达到 ISO 14644-1中定义的Class 8洁净度要求,入室空气采用MERV 11或更好的MERV 13过滤器

●机房气体化学物污染达到 ISA -S71.04-1985中定义的G1级别要求

设施管理TIA-606-B

●设施管理标识系统主要参照TIA-606-B中Class 3类型编制

●标识材料满足UL 969标准

●标识色卡参考ASME A13.1-2007和ANSI/NEMA Z535.1-2006

数据中心空调系统的可用性保障

其中数据中心空调系统作为重要的一个子系统,其可用性保障需要从整体可用性、运行经济性、配置灵活性和运维便捷性等方面去考虑。如下图所示:

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

机房冷源系统设计有以下两大特点:

●集中冷源:通过冷冻水管网集中为IT设备提供冷源,克服分散冷源系统在大型数据中心中应用效率低下的缺点;需要大量室外机;同时单层机房面积可以做的更大。

●2N架构:生产机房根据Tier IV机房标准,自冷源起、经管网直至末端室内机,采用2N系统架构,国标A级机房标准;

数据中心的主要规划

数据中心的平面规划;人流、物流规划;电力规划;综合布线规划;冷规划;

数据中心的规划要点

●供电就近原则;

●供冷就近原则;

●数据中心建筑级模块化;

●机房级模块化;

●列间级模块化(微模块)

●模块化有建筑级—建筑内级别-列间级别-机柜级别

●柴油发电站集中化;

●整体以电力需求及供给为主线进行规划;

数据中心冷冻水设计与其他项目比较

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

数据中心冷冻水设计与其他民用项目比较

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

数据中心冷冻水设计要点

数据中心冷冻水系统几种常规做法及比较:

1、一次泵系统;

控制简单,持续制冷时,一次泵需要配置不间断电源;

2、二次泵系统;

控制复杂,持续制冷时,只需要二次泵需要配置不间断电源;

3、水蓄冷罐并联系统;

控制复杂,冷冻水部分需要旁流,流过水蓄冷罐,

水蓄冷罐不增加系统阻力。

4、水蓄冷罐串联形式;

控制简单,水蓄冷罐增加水系统阻力,冷冻水一直流过水蓄冷罐,没有旁流冷损失。

提示:冬季时闭式冷却塔作为干冷器(风冷)时,可以不喷淋水。这种工况时闭式冷却塔的散热量很小,在数据中心不是很实用,其他工业行业有使用。

开式与闭式冷却塔工作原理

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

冷却塔主要和湿球温度(空气中水蒸气达到饱和时的温度)有关,靠水的蒸发带走热量。

一、开式塔

冷却水直接和空气接触,冷却水喷淋在填料上通过蒸发带走热量。

二、闭式塔

冷却水通过盘管间接接触,水槽内的水喷淋在盘管上蒸发(潜热)带走热量。

开式冷却塔与闭式冷却塔比较

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

冷冻水系统实现节能的一些方法

●采用中温冷冻水系统,提高冷冻水供回水温度至12/18℃,水冷机组COP值可从5.5提高至7.0,预计节能15~20%;大型可采用高压离心冷水机组磁悬浮冷水机组。

●采用温湿度独立控制系统。

●在上述冷冻水水温的前提下,可提高机房送风温度至干球温度16~18 ℃以上,满足ASHRAE Class A1等级要求;以及中国电信的标准要求。

●采用冷冻水、风机变频控制;

●采用冷却塔间接制冷;

其他实现节能的一些方法

●机房专用空调采用EC风机;直流变频风机;效率高、可按需送风。

●机房专用空调采用温湿度独立控制设计,避免冷热抵消现象;浪费能量;

●机房专用空调无电加热;预计室内机部分节能20~30%;

●机房空调采用小风量大晗差的设计思想,温差大于10℃;

●采用新风直接制冷;热管空调;

●采用等焓加湿过程的湿膜加湿机组,在空气增加含湿量的同时,空气的干球温度也随之降低,从而有效减轻机房空调的制冷负荷;

供电系统节能的一些办法

●使用高频UPS、直流供电等;

●提高负载率,这是节能的最好方式,同时也是最直接的;

关于空调冷源节能设计

水冷型冷冻水系统通过板式换热器实现水侧自然冷却,在北京地区预期有3~4个月可实现完全或部分自然冷却,使得年均PUE的贡献值可下降0.1~0.2;

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

冬季可通过水源热泵系统回收机房余热,承担建筑物所需的供热负荷(如:新风系统、办公区域、发电机房等),节省了工程造价和运维费用。

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

关于机房气流组织设计的节能要点

机房气流组织

●地板下静压箱送风,地板架设高度1100mm;低密度区800mm

●高密度双侧送风,低密度区单侧送风,送风距离不超过16米;

●吊顶天花上静压箱回风,并加装回风风帽;

●柜间采用冷热通道布置,通道宽度1200mm;

封闭冷通道

●机房环境散热较少

●视觉美观、参观效果明显

●机房需要吊顶

●对综合布线有影响

大型数据中心节能规划建议水蓄冷系统设计

机房空调气流组织参考效果图


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