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谭薇:数据中心精密空调节能产品及节能方案介绍

来源:机房360 作者:yayo编辑 更新时间:2013-4-24 14:59:02

摘要:2013年4月24日,第三届中国数据中心产业发展大会在北京召开,本次会议的主题是数据中心创新服务新时代。创新和服务是数据中心行业永恒的主题。数据中心作为信息时代的基础性产业,服务社会经济是我们的神圣职责和使命。中共中央总书记习近平同志在今年两会中发表重要讲话强调,实时创新驱动发展战略是立足全局面向未来的重大战略。是加快转变经济发展方式破解经济发展深层次矛盾和问题,增强经济发展内生动力和活力的根本措施。

  谭薇:大家下午好!我主要是对空调系统的节能方案做一个介绍。分四个层面给大家做介绍,一个是介绍一下空调的系统现状,基于现有的节能中心降耗,给大家带一些数据。第二个就是节能方案和节能产品。节能产品应用过程中一定要伴随着系统问题的解决。第三个方面给大家介绍一下我们已经实际运行的案例。第四个方面介绍一下公司的基本情况。

  数据中心空调系统的现状,第一个比较大的特点就是能耗基数比较大。因为前面很多厂家都已经介绍过,这里面比较大头的消耗,空调系统尤为重要。一个是规模大,用几个间的数字说明一下,截止到2012年底,全国的既有数据中心大大小小达到50万个,简单折算建筑面积角度来讲相当于50个北京国家会议中心的面积。

  第二数据中心增长比较快。据初步统计,2011年到2015年这个时间段,到2015年IT设备投资将达到1.7万亿,这就带来了巨大的投资。

  第三个就是用量比较高,数据中心据2011年不完全统计,全国数据中心总的耗电量达到700亿度,空调系统全年电的消耗达到280亿,占全社会用电量15.6%,第二个现状是数据中心在制冷环节,能量非常大,能效偏低。几个比较典型的特点,总体投资制冷占6%,运行能耗占整个数据中心运行费用的40%,所以消耗非常大。

  第二个方面就是制冷能量损耗也是相当大的,要达到60%到70%。主要的原因就是现在的制冷系统体够的冷风也好,冷气也好,是为设备服务的,但是并没有直接作用于基础设备上,而是通过对环境的制冷,环境再去影响机器设备再给它提供一个好的环境。所以这种能源梯度利用过程中我们制冷的损耗也是非常大的。

  第三个情况就是大多数85%以上的数据中心都存在一个过渡制冷的问题。因为数据中心是安全等级要求非常高的机房。大多数运维人员为了保证机房的运营,把设计温度人为的再调低。这里面所带来的代价就是数据中心用冷的过渡和电耗的浪费。

  第三个数据中心空调系统的现状就是,我们在评估当前的空调现状消耗的同时,会发现有很多节能潜力。简单测算一下,按照我们700亿度的年消耗,如果能做到15%的节约,我们节省的标煤要达到420万吨,二氧化碳减排每年将近1000万吨。所以数据中心空调节能真的能实现的话,将会为节能做出巨大贡献。

  第二方面,随着通信事业的发展,精密空调的建设和机房建设会逐步增加。按照到2015年数据中心空调设备投资40亿测算,如果能做到15%的节约。我们每年将减少电厂增容建设137兆瓦。

  第三个方面,在数据中心节能里面,需求也更加多元化。我们看到节能潜力大,如果按照整体数据中心15%的节能目标测算,节能减排需求达到315亿,所以数据中心空调方面需要更多的厂家介入机房节能间的工作。

  目前空调节能方案和产品我们做了一个归类,空调系统主要有几个方向,一个是利用室外冷源通风,另外一个就是间接换热,压缩机变体、热管的应用和机房的监控。我们也进行了分析,在这些类的节能方案里面有哪些特点呢?直接通风可以利用室外冷源降低消耗,但是也有一个比较大的弊端,最严重的问题是国内的空气品质的问题,燃煤带来的空气污染,会使得我们的室外空气含有硫化物,硫化物对机房设备,随着使用年线的增加会多来一定的损伤。所以看起来节能的问题解决了,但是运行安全的问题随之而来。

  第二方面就是间接换热。这里面的收益也试运行能耗的降低,但是同时带来的问题,通过二次换热,系统建设驱动也会增加一定的电耗,另外相对来说设备的尺寸和既有的机房有一些设备是没办法应用的。另外这样的系统里面,还有一个系统的调节性,因为我们似乎更多的利用了室外的冷源,但是没有办法保证精密空调恒温恒湿的条件节能付出的代价将更大。

  很多新的节能空调采用了变频压缩机,但是在针对既有的机房里面,更换一些部件的代价也是比较大的。如果更换核心的压缩机,停机带来的影响很多客户是没办法承受的。另外在机房节能减排里面一方面它的能源消耗来自于制冷设备效率的提高。但是另一方面是系统使用量的降低。我们单纯更换制冷压缩机只解决了源头,并没有解决系统使用率的问题。

  第四种就是热管系统,这也是比较热的系统。热管会很直接进入到数据交换设备里面去,能提供直接的制冷。但是相对来说,它也有一定的问题。机械系统相对来说更加复杂。另外要求控制精度也更高。

  第五种方式就是机房监控。很多大的数据中心都有对UPS电源和精密空调监控管理设备。更多的这些管理方式是通过管理节能的角度实现机房节能的。下面介绍一下基于我们的节能方案和和产品的一些关键技术,达到一个什么样的水平。对于既有的数据机房里面有典型的一些特点,为什么我们会应用到这样的技术和产品?微缩到具体的机房,这是一个典型数据机房的布局,有发热的交换机设备,有机架,有精密空调配套的制冷,采用地板下通风,这是典型数据中心运行的系统。在这个系统里,目前大部分数据中心会存在一个什么样的问题呢?第一个就是大部分的气流会存在短路的问题,通过前端回到了精密空调里面来。为了确保远端的温度也猛攻保障,我们只能通过人为的方式降低我们的空调系统的设定点,这样带来的一个问题就是能源系统消耗加大。

  第二个问题,我们通过地板下龙风的方式,在地板和机下接口这儿存在着大量泄露。这个泄露也使得更多的冷气流无法回过去,这需要人为调低空调设定值保证整个机房的安全。现在数据中心普遍的状况都是处于这样的情况。

  第二个情况涉及到具体核心的制冷设备。核心制冷设备里温度波动的区间会比较大。我们既有的数据中心有很大一部分是利用的直风式的系统,是通过控制压缩机的台数实现温度的保证。这种两档式的调节使它很难跟踪到系统的设定值,它一直在寻找平衡点,整个系统一直在台数的切换中就会使得数据中心环境温度也是一定范围的波动。

  精密空调除了压缩机以外还有一个核心的部件就是风机。基于设备本体和系统的情况我们提出了一个整体的解决方案和产品应用。在整体解决方案里面,可以看到下面这幅图,在设计过程中使用热通道的设计,在既有的数据中心里面,做节能设备应用之前要对气流组织进行优化。尽量使得我们的既有数据机房能够恢复冷热通道。比较简单的做法就是对地板架空层和集加接驳口进行组合,系统已经既有建成了,对于局部不平衡的系统要进行一些气流的诱导。这样的解决方案首先使得数据中心它在冷量分配和气流组织上能够做到实际的能力,而不是通过人为的调低空调的设定值来实现。有了这个优化之后,针对我们数据中心精密空调,这种精密空调是压缩机系统,它能够应用到的一种节能设备。( 图)左边这个图是针对数据中心精密空调一对一增加的节能控制设备,是能效控制设备。

  我们应用这个节能设备是针对数据中心精密空调节电的设备,能做到节电30%的水平。

  第二它是针对精密空调1+1恩的应用方式,有一台这样的空调就正确一台这样的节能设备。这个设备是作为原空调节能回路的。这样的设备有一个典型特点,对原有的精密空调的机械和电器系统零改动、零影响这是一并接的方式。第四个特点就是安装比较快速。因为不涉及到机械系统的改造,所以非常快。以一个典型数据中心,在北京做的大概有五台机器,500平米这样的数据中心,它的安装加调试基本就是两天。

  另外它的一个特点就是安全可靠。这样的节能设备在我们供应商心目中还有一个比较关键问题就是性价比。这款设备回收效益期是2年半到3年。

  (左图)这是我们第一代产品,(右图)这是第二代产品,是我们针对数据机房结合实际情况把它缩小了尺寸。平均是在1.25米高,大概400厚、600宽很小的范围,所以应用起来也非常方便不占地方。

  这样的一款设备节能原理是什么?针对既有的数据中心精密空调里面比较耗能的是压缩机和风机。我们进行了设备增加,核心的改动就是让它在零到100%之间进行调节。零不是说把机器关掉,是在一定下线条件下0到100%的条件范围之内。这样的好处是跟踪系统进行随动的能量存储,做到供需平衡。这套曲线是跟随着这个系统运行。

  可能很多人会提到这就是一个间的变频调节,其实在我们的核心控制里面变频调速是手段之一。但是精密空调节能降耗最核心的就是蒸发器和冷气的使用。这款设备设计过程中,我们再压缩机的控制里面增加了更大程度的增发和冷凝的面积,通过提高效率进一步降低空调的消耗。所以它不是一个简单的变频调速。

  精密空调数据中心大家都会提到安全的问题,增加了设备,系统安全怎么保证?在节能设备增加的过程中,我们并不破坏原来所有的机械和变频机械。节能只是一个旁路,是可以切换回原模式,确保节能设备出现故障的情况下还能够使用原来的系统进行持续的供冷。

  第二,我们的节能设备,只是在原来的控制口进行并接,没有进行任何改动施工周期非常短。在我们节能设备调节里面设定了一些保护值,不是无限制的牺牲这个环境的温度,或者无限制的降低压缩机的处理。因为压缩机运行下线是有要求的。

  第四,在压缩机和风机调节的过程中,对于压缩机来说最重要的问题就是回油问题。我们也解决了这个问题。

  第五个就是节能设备摄制报警功能,并接收原控制回路报警信号,做到双保险。

  第六,节能设备新增传感器,与原控制系统信号互为备用。

  在美国一些实验室、医院、电信公司、通信企业都有大量的产品应用。在国内目前我们做的几个典型样板工程,像三大运营商行业里面,我们做了南京联通试点,达到的节能效果,针对精密空调节能率达到35%。在电信行业里面我们做了长沙电信的样板工程,节电率达到36%。在北京有两个外资企业数据中心案例,一个是北京的一家美资企业,还有北京思科网络公司,这两个机房也是通过我们进行节能产品的应用。使得它的精密空调能源消耗降低了30%到35%的范畴。

  这是在北京望经奔驰大厦做的北京捷迪讯数据机房的项目介绍,每年节省电量25万度的水平。

  这个项目里大家多会提到北京地区比较冷,是不是测的时间比较冷热的时候节能效果会衰减很多。通过我们自己实际测试和应用的项目,包括行业内的数据统计数据中心这个领域,它本身设备发热主要是交换机设备。相对来说也是比较稳定的。作为调节设备来说一直在跟踪,所以节能效果相对来说是比较持续稳定的。

  这个图片是我们做的湖南的长沙电信曙光路数据中心的照片,做了第一期样板的小机房。做到了实际节能效果是36.6%。这是1+1的方式,有一调精密空调就有我们的一台设备。

  深圳百时得公司是美国Bes-Tech集团在亚洲的运营中心,Bes-Tech集团成立于2004年,总部在美国得克萨斯州,业务范围覆盖美洲、欧洲、亚洲地区。

  2005年成立深圳亚太地区业务中心,八年多时间已为中国的企业和集团出具了近500份中央空调系统和生产工业界能方案,涵盖电信、电力等行业。

  在数据中心既有的机房改造里面我们可以提供方案的支持、产品应用的支持和整个工程实施的支持。数据中心节能降耗工作需要大量的资金投入,因为我们也是在就内能领域已经运行接近十年,我们也会提供一些金融方面的支持。因为很多项目会涉及到由工程公司或者应用厂家投资,在我们的对外合作里面包括金融方面的支持也是一个服务的标准。

  今天介绍就这么多,希望能够和我们的终端用户和合作伙伴共同的去开阔一个高端的节能市场,希望大家多多合作。

  责任编辑:yayo

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