数据中心空调解决课件

1、数据中心面临的挑战 互联网、移动通信网、广电网三网合一整合成为物联网，推动无线、宽带、云计算等技术革命，带来对各类数据中心（数据的物流中心）爆炸式的需求增长。密度的挑战（Density)能源供应的挑战（Availability)成本的挑战（Sustainability)安全性的挑战（Reliability)New challenge for IDC下一代绿色数据中心 针对挑战，勾画出下一代数据中心的蓝图。密度（Density)：40kW/Rack；密度可以节约资源，降低能耗。能源供应的挑战（Availability): 不同的选址策略。选择靠近能源的位置，寻求替代能源解决方案，寻求最大限度地能

2、源综合利用。成本的挑战（Sustainability)： 最大限度地降低运行能耗，PUE 20kw数据中心单位机柜热密度3kW40kWHeat density of per rack in IDC 绿色数据中心的标志之一：PUE = 数据中心总用电消耗 . IT设备能源消耗 理想的 PUE = 1.21.5常见的 PUE = 2.5 to 3.0甚至更高 电源使用效力 (PUE)PUE 1.2数据中心的能效比PUE2.5 / 3.01.2 / 1.5PUE the EER of IDC改变冷源实现绿色数据中心三步曲低密度气流 高密度气流 DXA机组 DXW机组DXW +自然冷却 CW机组 20

3、/30冷冻水 20kw/rack40kw/rack +生活热水PUE=1.21.5机架冷却改变冷源改变气流组织Three steps to make IDC green当前数据中心制冷主要方法 Central Air Handling Unit中央空调方式Computer Room Air Handler机房专用机制冷方式In Row Cooling机架制冷方式In Rack cooling机架制冷装置Todays Main Cooling ArchitecturesRefrigerant distribution-Emerson extreme solution特点：室内无水系统布局灵活不足

4、：初投资大大量制冷管路连接（必须专业人员）需要在机房设计之初就设计完成制冷剂冷量分配方式当前数据中心制冷主要问题初投资高解决方案少，只有少数几个供应商需要非常专业的设计局部过热的问题仍不能完全解决灵活性不够Main problems of current IDC cooling solution阿尔西数据中心空调解决方案全面解决方案中央冷源解决方案机房空调解决方案局部过热解决方案能源管理解决方案Airsys new cooling solution for IDC全面解决方案中央冷源Central cooling center机房空调设备Indoor air conditioner阿尔西“数据

5、中心解决方案”是一个全面的解决方案，由3大部份组成：中央冷源室内机房空调机中央能源管理系统Total solution主要特点全面、系统 包括数据中心制冷各种系统设计所需要的制冷与空调设备：风冷式冷水机组、水冷式冷水机组、自然冷却系统、蓄冰系统、各种形式的机房专用空调机组，还包括：中央能源管理系统创新及节能 自然冷却功能、局部过热制冷、蓄冰功能简单、技术成熟、实施容易、低投资 系统设计简单，采用最成熟的技术Main merits水冷冷水机组排热系统风冷冷水机组排热系统机房设备发热机房专用空调机冷水泵制冷设备冷却水泵冷却塔热量排向大气热量排向大气机房设备发热机房专用空调机冷水泵制冷设备水冷冷水机

6、风冷冷水机蓄冰装置蓄冰装置自然冷却装置自然冷却装置中央冷源方案Chiller solution方案特点：系统化集成化节能技术应用蓄冰自然冷却初投资小产品全面机房设备发热机房专用空调机排热设备热量排向大气风冷冷凝器Condenser自然冷却装置FCUHeat from electronic deviceDissipaterHeat dissipated to outside airCRACAir cooled directly cooling CRAC最广泛使用的机房制冷方案The most widely used cooling solution for computer room风冷式直接蒸

7、发机房空调系统Water cooled directly cooling CRACACW水冷冷凝器水冷冷凝器是一个组件，由壳管式冷凝器、机壳、冷凝器水流量调节阀、水管路、制冷剂管路等组成。该组件可以安装在室外，也可安装在室内。主要零部件机壳：采用镀锌钢板制作，表面喷涂环氧树脂粉粖。内部其它结构件采用普通钢板表面喷涂环氧树脂粉粖塑料。冷凝器：所用的冷凝器有两种类型，分别是：套管式冷凝器与壳管式冷凝器。具体配置，参见技术参数表。水管路：包括镀锌水管及相关管路附件。制冷剂管路：采用铜管制作。选用件水流量控制器用来控制冷凝器的冷却水的流量，以维持制冷系统合适的冷凝压力。当水冷冷凝器需要工作在进水温度低

8、于10的时候，应选配该组件。水冷式直接蒸发机房空调系统冷却水泵冷却塔热量排向大气机房专用空调机壳管式冷凝器板式换热器水冷直膨机组排热系统机组型号ACW2ACW4ACW5ACW8ACW10ACW15ACW20ACW2*10ACW2*15ACW2*20ACW2*25机组换热量 kW1017223237.550.0 71.0 75.0 94.0 125.3156.2氟路气管管径mm161616222222282*222*222531.3氟路液管管径mm12.712.712.7161619192*162*1933.134.2冷却水水流量m3/h1.413.212

9、.515冷凝器压降Pa15151518.520.528.237.547水容量L2*222*12最大水流量m3/h2.1 3.0 3.9 5.7 6.9 9.9 10.8 15.0 19.8 2*282*28水冷冷凝器进出水管FTPmm1 1 1 1 1/41 1/41 1/22222 1/22 1/2长mm40040040050050060060060060015001500宽mm350350350350350350350350350600600高mm320320320420420520520520520600600

10、重量kg808595110125150165170180280300Water cooled condenser technical spec水冷冷凝器技术参数表注：1. ACW2*10、 ACW2*15为双氟路、水路共用；2. 机组换热量是在进水温度30，标准水流量下的换热量。1). 水路出水口。2). 水路进水口。3). 氟路进出口。Water cooled condenser technical patent水冷冷凝器技术专利Concept of “On Spot”近年来，数据中心的热密度不断增加。然而，各局部的热密度并不是均匀增加的多数情况下，只是某个局部的热量增加，而其它地方并不增加

11、，这就是经常碰到的“Hot Spot”的来源。解决”Hot Spot”问题，行业厂家推出了多种解决方案：APC公司的”In Row”Emerson公司的“制冷剂”系统局部通风方案制冷机柜”In Rack”阿尔西推出了真正的“局部过热解决方案”：ONSPOT局部过热解决方案ON SPOT基本概念局部过热用局部冷却空调机组服务器机架机房地板过热机架On spot实施方法讲求简单有效:哪里有热点，将在哪个地方放一台空调机，不需要连接水管、风管、制冷剂管路无任何管路连接Whats on spot?过热机柜的进出风温度当过热机柜进风口安装ONSPOT空调机时冷凝热以较高速度送到不过热的地方机柜的进风由O

12、NSPOT预冷到1416，这样机柜的出风就降低到2830。这样机柜的过热现象就消除了。工作原理应在数据中心机房配备数台ONSPOT产品，出现热点时，将热点空调机移到热点位置，接上电源，热点就消除了，就像灭火器一样。Working philosophy ONSPOT 空调机特点EER高:最高可达3.4高显热比：是显热比真正能达到100%的空调产品结构简单、维修方便、重量轻安装过程极为简单，无附加的安装工作,没有任何管路连接地板安装机组带脚轮，可移动带固定装置，防止因偏高易倾倒Feature of ONSPOTONSPOT的经济性与可行性以25米40米机房为例进行说明联想到家里用的空调机与电冰箱的

13、安装方式，就很容易理解ONSPOT方法的好处与可行性了增加机房能耗吗？Economy and feasibility of ONSPOT数据中心能源管理系统功能全面监视数据中心所有设备的能量消耗状态随时优化各设备的运行，获得最大可能的节能监视所有制冷与空调设备的运行状态Energy management system for IDCIDC典型案例 1济南驰波名气通数据服务有限公司项目位于济阳县济北开发区内。数据中心机房空调系统组成：带自然冷却功能的风冷型冷水机组+冷冻水型精密空调室内机+水泵及管路系统。一期配置（总负荷的1/24）：2台带自然冷却功能的风冷型冷水机组，型号CRITICOOL S

14、CREW/FC.A.STD 500V1,一用一备，5台冷冻水型精密空调室内机，型号OPTIMA HD CW 130B3,四用一备。 FC风冷型冷水机组EC风机冷冻水型精密空调Successful story of IDC cooling_1本解决方案的极大突出特点：FC chiller、EC 风机、冰河冷媒、二次镀锌、室内机热备份、温度或压力多种控制方式可选、专业工程师驻场维护系统原理图带自然冷却功能风冷型冷水机组冷冻水型精密空调室内机Schematic diagram of cooling system冰河冷媒与乙二醇的腐蚀性对比A3钢在不同载冷剂中的腐蚀重量变化Corrosion resi

15、stance comparison between Binghe coolant and ethylene glycol冷冻水机房空调运行模式A、普通温湿度管理模式冷冻水型精密空调控制器具备通常的温湿度管理模式，通过检测机房回风温湿度，对照设定要求的温湿度，调节电动三通调节阀或起停新风加湿系统，调节循环空气的温湿度以满足机房设备运行的需要。采用EC风机机组控制器还具备高级节能温度管理模式，即在测定温度低于设定温度时，机组可自动降低风速，降低风机的能耗，降低整个系统的能耗。B、系统热备份管理模式冷冻水型精密空调控制器具备备份管理模式功能：除普通的主备轮换、时序启动的功能外，控制系统还具有高级节能

16、备份管理功能，即在满足机房设计要求的总风量或总显冷量情况下，控制系统启动区域内所有机组运行，自动降低每台机组的单机负荷，降低单机机组的能耗，达到降低系统的总能耗目的。C、压力管理模式冷冻水型精密空调控制器具备静压管理模式：通过设定于高架地板下的压力传感器，控制器自动调整机组风机转速以达到静压满足设定要求。Operation method of CW CRACIDC典型案例 2工程简介项目名称：2009年中国联通河南郑州第二长途枢纽空调系统更换改造工程施工范畴：现有空调设备和管网的拆除（包括各单机、楼内管道、中心机组等）；七、九楼机房空调更换和安装调测。项目工期：预计60天（实际施工时可与室外机

17、平台施工工程交叉施工，以缩短工程时间）工程意义第二长途枢纽机房(原河南网通互联网数据中心)是原中国网通的三大骨干接点机房之一，位于郑州北环原网通大楼，是继北京亦庄第一长途枢纽机房之后的原网通第二大机房（亚洲第二大机房）。本次的2009年中国联通河南郑州第二长途枢纽空调系统更换改造工程涉及的工种较多，工序较复杂，同时要求施工紧迫，施工安全必须绝对保证，施工中对机房内的电气交换传输等通讯设备必须做到安全防护，万无一失。从这个角度理解，该项工程的质量控制目标必须是优中选优的精品化工程。工程质量目标设备安全、施工安全、工作高效、万无一失。 Successful story of IDC cooling

18、_2序号楼层原数量（台）单机冷量（kw）楼层总冷量（kw）新装数量（台）单机冷量（kw）楼层总冷量（kw）备注12357.9173.7/本次不改造25457.9231.6380240冷量较先前有5-14%的提高371257.9694.8890720491157.9636.9890720510357.9173.7380240更换前后的系统总冷量统计表七层空调改造方案Reformation of cooling system in floor 7七层空调平面布置图（改造前状态）七层空调平面布置图（改造后状态）说明：1、根据机房设备布置情况，将北侧原1、2、3、5、6、8号机位置替换为6台90KW风

19、冷精密空调，以风帽送风的7号机取消；南侧将9、11号机的位置替换为2台90 KW风冷精密空调。2、替换方式为逐台替换，即：拆除一台水冷机后，在原机位或相应位置安装一台风冷精密空调机，在风冷精密空调机安装调试合格、投入使用后再进行下一台水冷空调的替换，确保机房内环境的正常。3、原机房冷冻水空调总容量为57.9KW*12台=694.8KW（阿尔西S8冷冻水空调单台冷量为57.9KW）4、新装机房空调容量为：90 KW*8台=720Kw5、空调机外静压由冷冻水空调的125Pa变更为200Pa,更加有利于提高风道送风口出风的均匀性，有利于避免机房内过热点的产生。改造工程的难点及解决方案Difficul

20、t and solution of reformation 1、如何顺利切断水路，并保证切断后的水路系统在没有完全拆除之前不会发生二次泄漏的可能（否则会对机房设备产生致命性的威胁）。施工中必须解决的是如何切断欲拆除的水冷机房空调的水源，并保证在风冷机房空调的替换施工中，在支管路未完全拆除之前确保不会发生冷冻水的意外泄漏，保证机房电气设备的安全运行和其他未拆除的水冷机房空调的安全运行。2. 在拆除水冷机房空调时，如何防止其它正在运行的水冷机房空调（因为和风道连接部分没有全部安装防火阀（调节阀），或部分防火阀可能会关闭不严）冷风倒灌，影响机房的制冷和气流分布。施工中会依照目前水冷机房空调出风口和风

21、道的连接方式（考虑防火阀是否能够完全关闭的因素），采取不同的处理措施，防止气流倒灌。3.如何保证本次改造的无尘施工工艺（有效防止对机房内正在运行的通讯设备产生烟尘、灰尘的污染）和安全的动火措施。说明：旧设备和水系统管道的拆除尽可能避免使用氧气乙炔气割等工具避免产生明火和烟尘，尽量使用常规的工具（如割刀）。严格保证机房的安全，把对机房内通讯设备的粉尘污染低到最小。在拆除管道，排空系统内剩余的冷冻水工序时，采取必要的措施，保证机房内电气设备的安全。从防水工艺、防风工艺、无尘施工工艺等3个要点措施来保证本次机房改造工程的顺利、安全、高效进行。其他安全保障措施：安装盲板、漏水导流、应急干冰、责任到人等

22、IDC典型案例 3工程简介项目名称：鹏博士IDC公司苏州桥数据中心机房空调改造项目（分为一层和地下一层两个机房）鹏博士公司在北京有4个数据中心机房，从2001年建造到目前为止，已经使用近10年的时间。目前存在的问题：一方面是能耗较高，另一方面还存在局部过热现象，也还存在一些高压报警等机器连续运行可靠性问题。为响应国家节能减排号召，并节省数据中心的运行费用。存在问题1、机房所配置的空调机的制冷量，在夏季不足，在过渡季节及冬季基本满足要求；说明机房在夏季工作时，有可能出现因制冷不足而使机房部分设备不能连续工作的情况；2、机房空调室外机经常出现高压报警，分析原因可能是：室外机长时间使用后，传热表面变

23、脏，影响了换热效果；室外机配置偏小；安装位置不合理，造成气流短路。出现这些现象，一方面降低了空调机组连续工作可靠性，另一方面也增加了机房空调的能量消耗；3、机房内部分区域气流组织不良，局部区域供冷量不足，造成部份区域温度偏高；4、由于部份机架内部热负荷偏高，从而出现机架过热现象。解决方案1、改变机房空调室外机冷却方式，采用水冷却代替风冷2、冬季和过渡季节采用自然冷却3、改善机房内气流组织4、部分发热量集中区域增加热点空调机Successful story of IDC cooling_3冷凝器替代节能改造方案目前这些机房专用机均采用风冷冷凝器，根据实际使用情况，经常有高压保护情况出现，这意味着

24、风冷冷凝器能力不足，一方面造成高压保护，另一方面造成能量消耗过高。因此，我们计划采用更换为水冷冷凝器的方案。本项改造主要目的是提高机房空调的运行可靠性。使机房空调夏季和冬季的极限天气不会出现高压和低压报警。Exchanging condenser solution for energy saving全年节能约10%自然冷却节能改造方案在上述风冷改水冷节能方案的基础上，我们可以增加一套自然冷却节能系统，该采统在冬季及过渡季节运行，可以降低压缩机的工作时间，从而获得较好的节能效果。 增加密闭式冷却塔循环水管路系统，提供过渡季节和冬季时吊顶式空调箱的冷冻水。冬季室外温度低于13的时候，开启密闭式冷却

25、塔自然冷却循环系统，由闭式冷却塔循环水系统直接提供吊顶式空调箱需要的冷冻水。为保证吊顶式空调箱冷冻水进水温度，在密闭式冷却塔进出水管上增加一个电动三通阀，根据密闭式冷却塔的出水温度控制开度。Free cooling solution for energy saving全年节能约20%置换送风节能改造方案由于机房的当前气流组织不是很理想,机房内部分区域经常产生热点，分析原因有：1、机房内空调机的位置不合适，局部区域的冷风不能送到，或风量偏小；2、地板高度偏低，地板下障碍特较多，送风阻力大，降低了空调机组的风量和制冷能力。改进方法有：1、调整部份空调机的安装方式，将原来的地板下送风，改变为地板上送风(条件允许的地方)。Displacement air distribution solution for ener