机房IDC机房节能技术在上海地区的应用探讨

IDC机房节能技术在上海地区的应用探讨打造绿色通信世界——中国电信节能减排的探索与实践

IDC机房节能技术

在上海地区的应用探讨

林伟胡艳方黎达李兵

中国电信股份有限公司上海分公司上海200085

Ⅱ背景分析

通信产业是一个高科技产业,也是一个高

能耗产业.随着我国电信事业的飞速发展和通

信网络规模的不断扩大,电信企业的能源消耗

也在迅速增加,其中数据中心能耗需求的增长

速度高于其他领域,运营商每年的用电成本也

越来越高.根据EPA的统计,数据中心的能源

支出每5年将增长一倍.

IDC机房的电能应用主要包括通信设备的

用电和机房建筑能耗两个方面.一般通信设备

用电占总用电量的30%左右,通过更换效率低

下的在网设备,合理调整用电负荷,能够获得

良好的节能效果.机房建筑能耗主要有机房照

明和暖通空调系统.机房使用空调设备能有效

保障通信设备的正常运行.调查表明,机房用

电消耗中空调用电占50%以上,因此通信机房

的空调节能是电信企业节能降耗的关键.

目IDC机房的空调负荷特点

IDC机房空调系统主要有以下特点:

44丁曰.EC0fv脚UN『CT 『0NSTECHNoIo(2O 11?3

?空调方式偏重于工艺性空调,对空调温

湿度有特殊要求;

?通信设备自身发热量,散热量大;

?送风量大,送风焓差小,由于机房内散

热量中95%以上为显热,热湿比近似无穷大,空调机的空气处理过程可近似看作等湿降温过程,此工况下焓差小,必然造成送风量偏大;?要求空调全年可靠,稳定运行.

目节能评估

(1)评估对象

由第三方评测机构分别对采用4种节能技术的IDC机房进行了实测,具体有喷雾冷却(信息园区机房),精确送风(云莲机房),

热管换热器(华京机房),全新风系统(张东

机房).测试时间为2010年3月.

(2)评估内容

机房内外环境温度,湿度,送风/回风温

湿度,风量,空调供回水温度,水量,空调机

组,风机,水泵等设备的电功率等.

电佑技

(3)评估依据

评估依据主要有《中国电信数

据中心机房电源,空调环境设计规

范》 , 《电子信息系统机房设计规

范》 (GB50174—2008), 《电子计算

机机房设计规范》 (GB50174—93),

《通风与空调工程施工及验收规范》

(GB50243-2002)

口技术分析

4.1全新风系统

全新风系统利用机房室外的自然环境为冷源,当室外空气温度低于室内温度时,可以依靠新风将机房内的部分热量带走.当通风量固定,室内外温差大于一定数值后,可以全部依靠新风将机房内的热量带走,达到降低机房内部温度的目的.由于减少了空调机组的使用时间,因而能达到节约电能的目的.

上海地区一年中大约有一半的时间室外温度低于20℃,此时将室外新风引入,通过湿膜加湿器加湿并经中效过滤后,送到空调送风管中.此时完全停止精密空调机组的工作,只运行新风机即可满足机房的冷却要求.新风机能耗远低于空调机组,由此可节约大部分电能.

该机房采用的新风节能技术是新风水帘(膜)过滤节能系统,其原理是利用一年中的冬,春,秋三季室外气温相对较低的时段,室外相对低温的空气经过水帘(膜)过滤处理,使空气得到净化的同时降低温度,再通过风机将冷风强制送入机房,达到降温的效果.系统由机房送风设备,排风设备和空调联动智能控制系统(温湿度变送器,控制模块,电气控制箱)组成,利用传感器检测室内外空气温湿度.当检测到室内外温差达到

设定值时,新风系统开始工作;当室外温度过高时,新风系统停止工作,启动机房空调,以保证机房内温度达到要求.引入室外冷空气,可以使空调的启用时间大幅度减少,甚至无需开启空调,因而降低了电能的消耗.相关的节能效果见表1.

4-2热管换热器

分离式热管如图1所示,其蒸发段和冷凝段是分开的,通过蒸汽上升管和液体下降管连接,形成个自然循环回路.热管中充有一定量的工质,当热流体掠过蒸发段时,管内工质吸收热量而蒸发为蒸汽,蒸汽流经冷凝段吸收管外冷流体的冷量,放出热量后凝结成液体回到蒸发段,完成工质的往复循环,实现热量传递.

使用分离式热管,由于采用全

回风,提高了室内空气洁净度,杜绝了室外空气带来的污染,而且具有很大的节能潜力.与一般空调相比,因为取消了压缩机部分,也没有泵功耗,仅依靠重力循环,当室内外温差在5℃以上时,相比一般空调系统更加节能.

该机房采用18台分离式热管,目前的控制策略是室外温度低于16℃时,空调机组停止工作,只运行热管制冷系统.

热交换效率是评价热管性能的

一

项重要指标.根据对测试数据的计

算,在18台热管系统中,热交换效率为28%38%的有5台,38%以上的有7台,最高为52.4%,和通常60%的热管热交换效率相比偏低.需要改进现有热管的热交换效率,以得到更好的节能效果.

根据热管装置的工作原理,室外

温度越高,制冷效果越差,当室内外

温差为零时,没有制冷效果.利用上

海全年逐时气象参数,根据计算可以得出,在消耗同样电量的情况下,热

交换效率为40%的热管制冷量,大于能效比为3的空调机组制冷量的全年为4648 h,共节电2893 kW?h.如果热

管利用合理,全年制冷量是非常可观的.当热管的热交换效率过低时,不

仅不节能相反还会增加能耗.

不同热交换效率下的节能性能分

析由表2可看出,热交换效率从40%增加到60%时,全年最高可利用环境温度从18.5℃增加到20.0qC,全年可

利用小时数增加了412个,单台热管全年节电量增加了2278 kW?h,增

加了77%.

4.3精确送风

精确送风方式改变了传统的机房

环境温度调节的概念,能实现定点,定量地输送冷风,能先冷却设备,后冷却室内空气,因而可以提高机房内设备的散热降温效果.

4.4喷雾冷却

空调机组内冷凝器的冷凝压力

与冷凝温度成正比,它们直接影响到空调机组的制冷量和能效比.冷凝压力偏高的现象主要出现在夏季,由于环境温度较高,冷凝器的散热能力不变或变差时冷凝压力升高,制冷压缩机的排气压力升高,压缩比增大,从而造成压缩机的输气系数降低,功耗增大,能效比下降.压缩比增大的同时压缩机排气温度升高,润滑条件变差,压缩机的故障率增加,运行的安全可靠性降低.冷凝压力过高时还会导致高压保护装置动作,使压缩机停机,造成严重后果.因此在环境温度较高时应提高冷凝器的散热能力,使空调机组能正常运行.

提高冷凝器的散热能力有多

种方法,喷雾冷却技术是常用的一种.喷雾冷却技术是将软化和净化后的水或冷凝水雾化后喷到空调器冷凝器的散热片上,利用液态水在转变成水蒸气时吸收大量热量的特性,大幅度提高冷凝器的散热能力.因此能在环境温度较高时仍然保证冷凝器的wwwttm.com.cn45

热管

室内机

打造绿色通信世界——中国电信节能减排的探索与实践

圈1分离式热管示意

表1本次测试的全新风系统节能效果

排气阀i空调系统全新风系统

苹均引

入冷量平均耗节电量节电百

《v)电量E E R平均耗电量(kW)E E R

(kW)fkW)分比

四楼284781O69266278(141

+137)1024791740%机房

褛

赛94.5471.12.7418.6(109+7.7)10.4652.573.8%

表2不同热交换效率下的节能性能分析

热交换最鹈可利全年可利热管制冷量全年耗电量空调耗电量节电量用环境温用时间襄t宰度℃)lh)(kW?h)(kW?hJ(kW?h)(kW?h)40%185463513471153044902960

50%d9.4486o1645816O454863882l

6.%20050472O712166669.45238

T10}STECH}0l0(2O1.鼍?3

散热能力,使得空调机组处于额定冷

凝压力的工作状态,避免因各种故障

引起的额外能耗,从而实现节电.在

相同的环境条件下,由于制冷量的提

高,提前达到空调机组的设定温度,

缩短了空调机组的工作时间,从而进

一

步降低电耗,还可以延长压缩机的使用寿命.

4.5综合分析

四种节能技术有各自的节能性

能,工作条件和需要注意的方向.如果能将它们合理地组合起来应用到机房,将产生更好的节能效果.

全新风系统利用室外的自然环

境为冷源,当室外空气温度比室内低

一

定程度时,全部依靠新风将机房内的热量带走,达到降低机房内部温度的目的.由于减少了空调机组的使用时间,能效比平均值高达1O.3,3,因而能达到节约电能的目的.应用全新风系统需考虑环境条件,当环境空气中的酸或硫的含量较高时,容易造成机柜和数据交换机的锈蚀,缩短使用寿命.同时既要加强过滤装置的滤清效果,又要尽可能地降低过滤装置的流动阻力,保证足够的新风进入机房,达到满意的节能效果.

热管换热器用于制冷具有很好

的节能效果,属于制冷新技术.由于分离式热管换热器采用全回风,提高了室内空气洁净度,杜绝了室外空气带来的污染,具有很大的节能潜力.不过全新风系统的应用受到环境温度

的限制.另外需要改进热管装置的生产工艺,若多组联用时需要求多组系统具有大致相同的,较高的热回收效率.热回收效率不同的热管装置混用时,控制上会有很大麻烦.

精确送风方式需要增加相应的送风风道和控制系统,机柜上方需要有足够的空问;需要考虑增加风管后流动阻力增加,需适当增加蒸发风机的压头和电信技

功率;需要根据机柜的散热星自动调节送风量,机柜内需要安装有效的导流装置,才能得到满意的节能效果.

喷雾冷却应用于热管换热器的室外机部分,可以增加热管换热器的全年工作时间,提高热管换热器的能效比,具有明显的节能效果.喷雾冷却需考虑环境条件,当环境空气中的酸或硫的含量较高时,容易造成空调系统室外机的腐蚀;对喷雾冷却用水需加以净化和软化,避免水中的杂质沉积在空调系统室外机的翅片上,引起脏堵,导致空调系统室外机的失效和损坏.另外,喷雾冷却一定要有很好的控制系统,才能满足节能运行的要求.

团其他节能技术

5.1机房专用空调自适应节能技术空调自适应节能系统是通过模糊控制技术,根据室外大气温湿度和室