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大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能規(guī)劃建議與冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年,大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量的迅猛增加,推動(dòng)了我國(guó)數(shù)據(jù)中心平均規(guī)模的快速提升。而持續(xù)高速增長(zhǎng)的信息消費(fèi),推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展,進(jìn)而為數(shù)據(jù)中心大型化奠定了基礎(chǔ)。除需求增長(zhǎng)外,國(guó)家的相關(guān)政策法規(guī)出臺(tái)、持續(xù)推進(jìn)的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)(如“寬帶中國(guó)”)、電子商務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等的快速普及也是數(shù)據(jù)中心大型化的重要推手,大型數(shù)據(jù)中心的能耗更高,那么在設(shè)計(jì)規(guī)劃上如何做到節(jié)能?

近年,大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量的迅猛增加,推動(dòng)了我國(guó)數(shù)據(jù)中心平均規(guī)模的快速提升。而持續(xù)高速增長(zhǎng)的信息消費(fèi),推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展,進(jìn)而為數(shù)據(jù)中心大型化奠定了基礎(chǔ)。除需求增長(zhǎng)外,國(guó)家的相關(guān)政策法規(guī)出臺(tái)、持續(xù)推進(jìn)的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)(如“寬帶中國(guó)”)、電子商務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等的快速普及也是數(shù)據(jù)中心大型化的重要推手,大型數(shù)據(jù)中心的能耗更高,那么在設(shè)計(jì)規(guī)劃上如何做到節(jié)能?

數(shù)據(jù)中心建設(shè)等級(jí)及引用標(biāo)準(zhǔn)

大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能規(guī)劃建議與冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整體標(biāo)準(zhǔn)GB 50174

●遵循國(guó)標(biāo)GB 50174-2008 的A/B級(jí)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)

●模塊化設(shè)計(jì),靈活彈性以滿足IT及業(yè)務(wù)逐步發(fā)展的需求,并可減少初期投資和運(yùn)維成本

系統(tǒng)架構(gòu)Uptime Institute

●系統(tǒng)架構(gòu)參照Uptime Institute于2012年8月最新發(fā)布的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中定義的最高可用性等級(jí)Tier IV Ⅲ

●N+1設(shè)備配置,雙路配送路由

●冗余設(shè)備和管線之間物理隔離

●不間斷制冷

●自動(dòng)故障切換

網(wǎng)絡(luò)布線TIA-942-A

●網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)架構(gòu)將主要參照TIA-942-A中Tier 4等級(jí)的要求設(shè)計(jì)

●增加新空間——中間配線區(qū)IDA

●使用OS2/OM4/Cat.6A傳輸介質(zhì)

環(huán)境空調(diào)ASHRAE

●機(jī)房環(huán)境按美國(guó)ASHRAE TC9.9發(fā)布的指引《2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments》中Class A1等級(jí)設(shè)計(jì)

●采用自然冷卻、中溫冷凍水等各項(xiàng)高效節(jié)能技術(shù),在確保Tier IV可用性等級(jí)的前提下,降低年均PUE至:1.5以下

污染物控制ISO / ISA

●機(jī)房微顆粒物污染達(dá)到 ISO 14644-1中定義的Class 8潔凈度要求,入室空氣采用MERV 11或更好的MERV 13過(guò)濾器

●機(jī)房氣體化學(xué)物污染達(dá)到 ISA -S71.04-1985中定義的G1級(jí)別要求

設(shè)施管理TIA-606-B

●設(shè)施管理標(biāo)識(shí)系統(tǒng)主要參照TIA-606-B中Class 3類型編制

●標(biāo)識(shí)材料滿足UL 969標(biāo)準(zhǔn)

●標(biāo)識(shí)色卡參考ASME A13.1-2007和ANSI/NEMA Z535.1-2006

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的可用性保障

其中數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)作為重要的一個(gè)子系統(tǒng),其可用性保障需要從整體可用性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、配置靈活性和運(yùn)維便捷性等方面去考慮。如下圖所示:

機(jī)房冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下兩大特點(diǎn):

●集中冷源:通過(guò)冷凍水管網(wǎng)集中為IT設(shè)備提供冷源,克服分散冷源系統(tǒng)在大型數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用效率低下的缺點(diǎn);需要大量室外機(jī);同時(shí)單層機(jī)房面積可以做的更大。

●2N架構(gòu):生產(chǎn)機(jī)房根據(jù)Tier IV機(jī)房標(biāo)準(zhǔn),自冷源起、經(jīng)管網(wǎng)直至末端室內(nèi)機(jī),采用2N系統(tǒng)架構(gòu),國(guó)標(biāo)A級(jí)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn);

數(shù)據(jù)中心的主要規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心的平面規(guī)劃;人流、物流規(guī)劃;電力規(guī)劃;綜合布線規(guī)劃;冷規(guī)劃;

數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃要點(diǎn)

●供電就近原則;

●供冷就近原則;

●數(shù)據(jù)中心建筑級(jí)模塊化;

●機(jī)房級(jí)模塊化;

●列間級(jí)模塊化(微模塊)

●模塊化有建筑級(jí)—建筑內(nèi)級(jí)別-列間級(jí)別-機(jī)柜級(jí)別

●柴油發(fā)電站集中化;

●整體以電力需求及供給為主線進(jìn)行規(guī)劃;

數(shù)據(jù)中心冷凍水設(shè)計(jì)與其他項(xiàng)目比較

數(shù)據(jù)中心冷凍水設(shè)計(jì)與其他民用項(xiàng)目比較

數(shù)據(jù)中心冷凍水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)幾種常規(guī)做法及比較:

1、一次泵系統(tǒng);

控制簡(jiǎn)單,持續(xù)制冷時(shí),一次泵需要配置不間斷電源;

2、二次泵系統(tǒng);

控制復(fù)雜,持續(xù)制冷時(shí),只需要二次泵需要配置不間斷電源;

3、蓄冷罐并聯(lián)系統(tǒng);

控制復(fù)雜,冷凍水部分需要旁流,流過(guò)蓄冷罐,

蓄冷罐不增加系統(tǒng)阻力。

4、蓄冷罐串聯(lián)形式;

控制簡(jiǎn)單,蓄冷罐增加水系統(tǒng)阻力,冷凍水一直流過(guò)蓄冷罐,沒(méi)有旁流冷損失。

提示:冬季時(shí)閉式冷卻塔作為干冷器(風(fēng)冷)時(shí),可以不噴淋水。這種工況時(shí)閉式冷卻塔的散熱量很小,在數(shù)據(jù)中心不是很實(shí)用,其他工業(yè)行業(yè)有使用。

開(kāi)式與閉式冷卻塔工作原理

冷卻塔主要和濕球溫度(空氣中水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度)有關(guān),靠水的蒸發(fā)帶走熱量。

一、開(kāi)式塔

冷卻水直接和空氣接觸,冷卻水噴淋在填料上通過(guò)蒸發(fā)帶走熱量。

二、閉式塔

冷卻水通過(guò)盤管間接接觸,水槽內(nèi)的水噴淋在盤管上蒸發(fā)(潛熱)帶走熱量。

開(kāi)式冷卻塔與閉式冷卻塔比較

冷凍水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一些方法

●采用中溫冷凍水系統(tǒng),提高冷凍水供回水溫度至12/18℃,水冷機(jī)組COP值可從5.5提高至7.0,預(yù)計(jì)節(jié)能15~20%;大型可采用高壓離心冷水機(jī)組磁懸浮冷水機(jī)組。

●采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。

●在上述冷凍水水溫的前提下,可提高機(jī)房送風(fēng)溫度至干球溫度16~18 ℃以上,滿足ASHRAE Class A1等級(jí)要求;以及中國(guó)電信的標(biāo)準(zhǔn)要求。

●采用冷凍水、風(fēng)機(jī)變頻控制;

●采用冷卻塔間接制冷;

其他實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一些方法

●機(jī)房專用空調(diào)采用EC風(fēng)機(jī);直流變頻風(fēng)機(jī);效率高、可按需送風(fēng)。

●機(jī)房專用空調(diào)采用溫濕度獨(dú)立控制設(shè)計(jì),避免冷熱抵消現(xiàn)象;浪費(fèi)能量;

●機(jī)房專用空調(diào)無(wú)電加熱;預(yù)計(jì)室內(nèi)機(jī)部分節(jié)能20~30%;

●機(jī)房空調(diào)采用小風(fēng)量大晗差的設(shè)計(jì)思想,溫差大于10℃;

●采用新風(fēng)直接制冷;熱管空調(diào);

●采用等焓加濕過(guò)程的濕膜加濕機(jī)組,在空氣增加含濕量的同時(shí),空氣的干球溫度也隨之降低,從而有效減輕機(jī)房空調(diào)的制冷負(fù)荷;

供電系統(tǒng)節(jié)能的一些辦法

●使用高頻UPS、直流供電等;

●提高負(fù)載率,這是節(jié)能的最好方式,同時(shí)也是最直接的;

關(guān)于空調(diào)冷源節(jié)能設(shè)計(jì)

水冷型冷凍水系統(tǒng)通過(guò)板式換熱器實(shí)現(xiàn)水側(cè)自然冷卻,在北京地區(qū)預(yù)期有3~4個(gè)月可實(shí)現(xiàn)完全或部分自然冷卻,使得年均PUE的貢獻(xiàn)值可下降0.1~0.2;

冬季可通過(guò)水源熱泵系統(tǒng)回收機(jī)房余熱,承擔(dān)建筑物所需的供熱負(fù)荷(如:新風(fēng)系統(tǒng)、辦公區(qū)域、發(fā)電機(jī)房等),節(jié)省了工程造價(jià)和運(yùn)維費(fèi)用。

關(guān)于機(jī)房氣流組織設(shè)計(jì)的節(jié)能要點(diǎn)

機(jī)房氣流組織

●地板下靜壓箱送風(fēng),地板架設(shè)高度1100mm;低密度區(qū)800mm

●高密度雙側(cè)送風(fēng),低密度區(qū)單側(cè)送風(fēng),送風(fēng)距離不超過(guò)16米;

●吊頂天花上靜壓箱回風(fēng),并加裝回風(fēng)風(fēng)帽;

●柜間采用冷熱通道布置,通道寬度1200mm;

封閉冷通道

●機(jī)房環(huán)境散熱較少

●視覺(jué)美觀、參觀效果明顯

●機(jī)房需要吊頂

●對(duì)綜合布線有影響

機(jī)房空調(diào)氣流組織參考效果圖

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