数据中心节能降耗解决方案ppt课件.ppt

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1、数据机房局部过热及节能降耗解决方案-高效冷却系统,1,2,*通信生产机房及数据中心散热现状*全智能送风系统-过热、节能、提高机房使用效率的解决方案*辅助节能解决方案-自然换风*改造后的效果分析*案例分析,3,-通信生产机房及数据中心的送风方式分为两种： 下送风方式 上送风方式-两种方式都是定风量送风，每个机房中的制冷量和送风 量经过在机房建设、调试后就恒定不变。-两种方式都是以控制机房温度的方 式达到给IT设备 散热的目的,以往机房现状,以往的机房普遍出现的问题,机房会出现局部过热。机房空调耗能大，耗能比 PUE2.5机房密度低,4,机房总能耗：100%机房空调：45%计算机设备：30%UPS

2、 电源：18%其它：7%,机房总能耗,5,6,上送风空调,设备机柜,送风管,V3,设备机柜,150C,V1,V2,20250C,造成局部过热的原因-1,32350C,28300C,150C,40450C,排列,150C,造成局部过热的原因-2,7,短路,造成局部过热的原因-3,8,堵塞,机房局部过热的危害,A、设备运行温度超标，造成宕机情况，严重影响系统运行；B、设备长期处于高温运行，运行风险增加，根据统计资料表明，温度 升高将导致；磁盘磁带会因热涨效应造成记录错误； 网络设备传输误码率增高甚至失效；服务器硬盘损坏、引起火灾等；温度每升高10，计算机的可靠性就下降25、使用寿命将减少50%；,

3、9,10,造成能耗增加的原因-1,机房的密封度不好不管是现在正在运行的机房和将来要建设的机房都对机房的密封有相当严格的要求，在新机房式用前首先要对机房的密封进行严格的验收，杜绝由此带来的能量消耗，我们完全有理由相信用户在此问题上已经做了大量的工作，所以这不是我们现在要讨论的问题。,机房能耗增加的根本原因,A、为了消除局部过热过多开启空调的数量将导致空调机组制冷效率低，造成制冷能耗升高；B、热交换不充分和不均匀，制冷系统过剩运行严重，造成空调能耗升高；C、机房局部温度过低，导致外界对机房的热辐射增加，增加了空调的负担。,11,从专用空调机的能效比来说明,一般机房专用空调的能效比约为1:2.51:

4、3左右即：空调机做功1KW能产生2.5KW到3KW左右的制冷量，若按此原理我们的空调机耗能就应该是服务器发热功率的1/2.51/3,而决不是统计的1.1倍，由此可见有很多的能量在浪费。,12,机房能耗增加的根本原因,A、送风量的降低或过渡增大将导致空调机组制冷效率低，造成制冷能耗升高；B、热交换不充分和不均匀，制冷系统运行混乱，造成空调能耗升高；C、机房温度过低，导致外界对机房的热辐射增加，增加了空调的负担。,13,造成机房密度低的原因,由于机房中冷风的分配不均而出现局部过热的问题，导致用户在机架上不可能、也不敢更多的增加IT设备，很多机架的设备不足3KW，从而导致机房密度降低。,过去的设计是

5、根据机房总的的散热量和散热面积的比例来计算（KW/M2)现在是按每个机架的功率（KW/rack）来计算,新一代机房设计要求,15,刀片服务器是包括处理器、存储器、驱动器及以太网卡的整套计算机设备.,什么是刀片服务器,16,一般一个1U的刀片服务器所需的电功率约为300W500W,由于服务器中的元器件损耗很小（约为2%左右）所以基本上都以发热的形式散发，在刀片服务器上服务器厂商都自带风扇冷却,进出温差一般设计为11.根据公式：1KW发热功率在进出温差11 所需风量为270M3/H,什么是刀片服务器,17,未来机架的功率,在一个600mm宽度的42U的高密度服务器机架上最大满负荷时需要25KW 的

6、电力功率，相当于需要25KW的制冷量并需要大约6000至7000m3/h 的风量来满足机架上服务器的散热需要,18,在以往的设计中按室内温度20-24C时机架功率在15KW时，风量在 4000 到 5000m3/h 的情况下一个机架的热量分析图,机架热量分析图,19,20,*通信生产机房及数据中心散热现状*全智能送风系统-过热、节能、提高机房 使用效率的解决方案*辅助节能解决方案-自然换风*改造后的效果分析*案例分析,21,机房过热的一般解决方法,以往的机房主要有以下解决方案：1、 增加精密空调数量，解决过热问题2、 采用通风机送风，增大机房内热交换能力3、 采用冰块冷却，过热区用冰块降温,以

7、上方法都不能有效解决冷量分配问题，而且增加机房能耗,建立热-冷通道,每个机架的制冷量可能达到36KW,当代机房解决过热的一般方法,22,冷池： 将冷通道与外界封闭隔离，减少热量混合,每个机架的制冷量可能达到1015KW,23,活化送风地板是一个灵活的系统，其独特的设计可以完全冷却由于是用刀片服务器及路由器而产生的高密度热负荷，整合在一个模块地板内（600mmX600mm),可以发在机架前的吸风口位置，将机房精密空调产生的冷风经机架的进风口吹入机架内的发热点，并可根据发热点的热负荷的容量调节活化地板的出风量。,活化送风地板,每个机架的制冷量可能达到10KW,24,活化送风地板+冷池,每个机架的制

8、冷量可能达到2025KW,25,由此可见，在冷热分离的情况下最能发挥空调的效能！,26,现在大家都在寻找解决方案,冷冻水,27,全智能高效冷却系统,28,29,冷池的设计宽度和高度与机架同宽同高，厚度视所需风量及机架间尺寸决定大约在250400mm；采用推拉门不影响正常工作及维修，此时工作人员站在机架前有效阻挡外来热空气的侵入；推拉门及侧框都采用双层玻璃不仅隔热并且使工作人员能清楚的看到机架设备的工作状，双层玻璃都附有隔热膜既能隔热又可防止万一玻璃破损时玻璃四溅；,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,为减少机架之间的影响每个机架之间加装隔板，在维修时可拆卸方便维修；为减少冷风的流失在机架

9、上的空位加装盲板；,送风控制器： 在机房内服务器机柜的排风口安装温度传感器，实时检测机房内机柜的出风温度，同时在有条件的机柜安装电流传感器，实时监控整个机柜的输出功率，再在机柜的送风口安装智能风量控制系统，根据以上检测的数据变化调节 每个机柜的送风量，满足服务器机柜的散热要求，避免局部温度过高。 最后将所有数据传至中心控制器。,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,31,设置6个排风温度测量点取其最大值为排风温度的数值，设置1个进风温度测量点；设置1个电流传感器，当现场无法测定电流时，可根据用户经验将最大电流值输入控制器。,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,根据以上数据计算机架散热

10、所需风量,32,送风风扇模块的设计我们在每个机柜进风口出加装一个变风量的风扇或多个固定风量风扇组成的风扇模块，一般使用多个风扇的风扇模块，一可以根据实际所需开启不同数量的风扇，二可以多加一个或两个风扇做为备用，当风扇运行时发生故障将自动开启备用风扇并报警显示故障风扇的编码；所有风扇以先开启、先关闭的原则开启和关闭，做到风扇的平均使用；在运行过中程需维修风扇模块可在10分钟内完成不影响机架的散热；,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,33,；,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,34,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,全智能高效冷却系统-机柜独立送风系统概述,全智能高效冷却系

11、统-中心控制系统概述,每个机房设置一台中心控制器，通过计算收集到的每个机柜的各种参数配合实时测量机房IT设备的总功耗、室内温度的变化、风道内静压的变化，随时控制机房内空调的开启状态。,全智能高效冷却系统-中心控制系统概述,一、总风量的检测: 实时检测送风风道的静压变化，根据静压的变化计算机房所需风量或通过采集机房内各个监测点的风量的变化信息，实时计算机房内风量的需求变化。二、总制冷量的检测:实时监测机房IT设备的功耗和温度的变化，按其变化确定所需制冷量；三、过程分析功能:1.通过现场控制网络实时监测每个设备机柜和每台精密空调的运行状态，包括风量、温度、功耗等指标，通过内置的控制模型，根据以上计

12、算所需总风量和总制冷量的要求实时控制各个精密空调设备的运行状态，以达到每个机柜可以精确分配到所需制冷量，做到能耗最优化。2.大屏幕显示机房模拟温度、能耗、故障分布图，对高温区域报警,37,全智能高效冷却系统-中心控制系统概述,38,全智能高效冷却系统-中心控制系统概述,39,全智能高效冷却系统-中心控制系统概述,40,41,全智能高效冷却系统-特点,1、每个机架独立送风2、机架所需风量按照机架发热量自动调整3、空调总风量、总制冷量自动调整,全智能高效冷却系统-解决的问题,首先彻底解决了局部过热,由于采用精确送风，可以把冷量集中供给计算机设备，使主要发热设备可以充分降温，达到解决局部过热的问题。

13、从而在不增加制冷设备的条件下保证计算机正常运行,42,全智能高效冷却系统-解决的问题,第二有效的实现节能目标一、通过调整回风温度：原机房设计要求机房温度在22 +2 ，在回风温度只要达到24 时空调系统的制冷开始工作 ，到20 时空调制冷系统关闭，此时出风温度在12 16 ，这样才能达到全机房的温度要求 。采用精确送风只要使机柜送风温度达到22 +2 要求就可以满足服务器的需要，此时空调的回风温度可设在在30+ 2 （由机房空调设计的送风温差决定，一般为8 ），这样回风温度在32 时才开启制冷功能，大大减少了对空调制冷要求，也大大提高了空调的制冷效率，从而达到节能的目的；,43,节能效果,提高

14、回风温度产生的节能效果1：墙体冷负荷：Qw=KwFw (twp+tfp+tw-tn) Kw墙体的传热系数 W/（M2 M*） ；Fw墙体的面积 M2； ； t wp室外日平均温度 tfp墙体热辐射平均温升 tw外墙“作用时间”室外温度波动部分的综合符合温差 tn室内计算温度 在机房改造前后Kw 、Fw 、twp、tfp、tw都不变，只有tn 增加了8 所以 墙体的冷负荷改变为Qw=KwFw tn Qw=-8KwFw,44,节能效果,2：提高回风温度制冷效率提高的效果由爱默生空调的型号50、60、70系列数据看,45,节能效果,2：提高回风温度制冷效率提高的效果 平均每提高回风温度1制冷效率提高

15、3%；提高回风温度810可提高制冷效率2430%：,46,全智能高效冷却系统-解决的问题,节能二、自动调节机房空调的使用：改造后根据实际制冷量的需求，按需开启机房空调，在很多情况下不需要全部空调一起运行，从而提高空调使用效率达到节能的目的；,47,全智能高效冷却系统-解决的问题,第三 大大提高了机房IT设备容积率,由于采用精确送风，使有限的空调制冷量集中使用到机柜中，节省了很多冷量，所以可以在原有的机房里放置更多的计算机设备，达到增容（计算机容量）不增量（制冷量）的目的，充分发挥机房的功能。,48,全智能高效冷却系统-解决的问题,提高机房IT设备容积率,由于IT设备的增加是随着社会发展逐渐增加

16、的，当提高了机房的容积率就可随着社会发展逐步增加IT设备，实现与时俱进的目标，在满足社会需要的同时节省了大量的建设成本的 。提高了机房的容积率不仅节省了机房建设的投资还大大减少了配套及服务设施的投资。,49,50,方案特点,优势：1、可以彻底解决局部过热；2、提高机房空调的制冷效率，有效的节省机房空调 的能耗；3、提高IT设备的容积率，减小耗能PUE数值；4、可使老机房焕发新的生机,51,*通信生产机房及数据中心散热现状*全智能送风系统-过热、节能、提高机房 使用效率的解决方案*辅助节能解决方案-自然换风*改造后的效果分析*案例分析,52,自然换风系统,设计理念采用冷通道封闭的方法后，空调回风

17、温度和焓值得到很大的提高，一般温度在30度以上，由于机房外的气温通常低于25度，因此可以将机房的热空气直接排除机房外，再将机房外的冷空气经过过过滤送入机房空调回风口，降低空调的负荷。,方案：1， 在生产机房安装新风机和排风机及加湿机2，实时监控室内的温湿度和室外的温湿度3，根据室内外的温湿度变化启动新风机和排风机及加湿器4，启动值根据新风机和排风机的换气量和室内温湿度设定,53,新风过滤装置,54,中效过滤器效率0.3um：60%95%更换时间：数月压损：2080Pa,高效过滤器效率0.3um：95%99.99%更换时间：数年压损：120300Pa,初效过滤器效率：无指标更换时间：数周,通信生

18、产机房及数据中心洁净度要求：0.5um以上的尘粒数少于18000粒/L,55,新风模式使用条件,56,辅助节能系统优势,1、大大提高了自然冷源使用时间2、焓值计算避免高湿空气的影响3、送风直接进入机房，通过与机房的热空气交换后再进入冷通道避免了冬季新风过冷对机器的损害4、采用亚高效过滤器避免室外灰尘对机器的危害5、节能效果显著（南方地区超过30%，北方地区超过50%）6、机房空气保持新鲜保证了机房维护人员的身体健康；,57,*通信生产机房及数据中心散热现状*全智能送风系统-过热、节能、提高机房使用效率的解决方案*辅助节能解决方案-自然换风*改造后的效果分析*案例分析,我们的系统-彻底解决局部过

19、热现象,冷池的封闭空间使服务器进风口的气流分布达到最佳效果；避免了冷空气的与高温空气的混合，保持了冷池的风量至少和服务器通风所需的风量相等，并使用原来的空调系统避免了水的威胁；推拉门冷通道设计，在不改变用户原来机架的摆放情况下还不影响用户的使用空间和维修空间。,58,节能分析,由经验及专家估算：回风温度每提高1度空调可节能3% 。使用高效的送风系统改造前回风温度为24改造后为2830空调系统效率提高20%24%；考虑在夏天由于外界对机房的热辐射的减小、在冬季由于加大了外界的冷辐射效率，也可产生节能效果,所以总节能效率在30%50%，改造后的PUE=1.41.6,结合使用辅助节能方案，当室外小于

20、24时即可达到完全使用室外冷风达到节能效果，所以采用此方法总的节能效果大约在50%80%，改造后的PUE=1.21.4。,59,由于可以在原有面积的情况下可以增加更多的IT设备；在相同的机房中，使机房IT设备的容积率大大提高，减少了机房建设成本及更大的基础配套设施的建设和维护成本,减少建设成本,60,全智能高效冷却系统-综合治理方案,我们的方案解决的不仅是局部过热的安全隐患问题，还是为企业带来节能、减少建设及维护成本的综合治理的系统方案，也是符合国家大力提倡“将节能减排的当前工作和长远目标结合起来”的要求。,61,62,*通信生产机房及数据中心散热现状*全智能送风系统-过热、节能、提高机房使用

21、效率的解决方案*辅助节能解决方案-自然换风*改造后的效果分析*案例分析,二枢纽机房项目改造方案,63,总名义制冷量：616KW 总风量 160000 M3/h 总制冷功率：211KW,二枢纽机房项目改造方案,64,现有机架共约：175个，其中带设备机架为124个；设备总运行电流和总功率为324KW，我们认为95%的耗电功率都由热的形式释放，所需制冷量为308KW,二枢纽机房项目改造方案,65,由此可见空调的制冷量远大于IT设备的发热量。 现有124个机架为IT设备机架（其它为配电等基本上不耗电或不需要制冷量的机架），平均每个机架运行功率约为：2.6KW。,某机房项目改造方案,66,现在机房运行

22、10台空调的制冷量远大于发热量，（总制冷量为：616KW；发热量为308KW） 机房空调回风温度设定在22 ，但环境温度在2326左右，现场发现基本所有机房空调都处于制冷状态，但还出现局部过热的热岛现象，其原因我们分析如下：,某机房项目改造方案,67,目前的机房中设备机柜摆放基本是正面朝向相同，（AL列都是右面为正面、N和M列为面对面排列、其中也有排风方向相反和上排风的机柜）由于大部分的设备机柜是服务器，服务器设备自身有的散热系统是冷却风从机柜正面进，散热风从机柜背面出。,某机房项目改造方案,68,由于使用的是上送风机组，机房空调出风直接排向机房且机房机架上设备自然横向或竖向排风，经空调制冷空

23、气受机架排风影响无法达到远端机架进风口处导致局部环境过热现象,某机房项目改造方案,69,由于空调出风口与回风口没有屏蔽，冷风从空调吹出后受横向机架排风遮挡导致冷风有部分短路直接回到空调的进风口，使空调的制冷效率降低，且使实际回风温度降低造成机房温度符合要求的假象，导致局部过热现象的发生。,某机房项目改造方案,70,由于排列顺序的原因导致前排的机柜进风温度是后排机柜所排热风温度与空调送风口所送冷风温度的混和：1排的进风温度是2排的出风温度与空调出风温度的和。 当后排温度到大到一定值时，此时空调排风温度并不为此而降低导致前排的进风温度增加，从而导致前排的服务器环境温度的增加；,某机房项目改造方案,

24、71,这样的现象有：A、C、E、H、I、J、K、L,中英文日报导航站 ,某机房项目改造方案,72,由于空调的排列问题导致有些机柜没有直接得到空调的冷量，而直接得到的是前排排风的热空气造成局部坏境过热。如：2排机柜，由于在空间中风在没有外力的情况下是不能转弯的，在2排机柜进风处冷风是很难到达的，它的进风温度基本上是3排机柜的排风温度，从而导致向这样机柜上的设备过热。,某机房项目改造方案,73,这样的现象有：B、D、F、G,某机房项目改造方案,74,由于墙柱和机架的遮挡，加上风流动的特性 决定在墙柱及机架遮挡后的机柜更容易过热。这样的现象有：D、F、G,某机房项目改造方案,75,我们设计时考虑将来

25、增容时按现有616KW制冷量的90%作用给机架上的通信设备制冷（十台空调九台运行一台作为备份）、现在124个设备机架再加上空闲机架以平均每个机架最大发热量4KW的情况来进行改造 ,这样每个机架所需最大约风量：1080M3/h；,某机房项目改造方案,76,先将所有空调的出风口封闭做主风道，再做支风道，然后在支风道下每个机架前做引风道，在引风道下做出风口并加设送风风扇系统，此送风系统由6台风扇组成，其中有一台风扇做为备用（每个风扇的风量在220 M3/h）； 个别机柜的设备运行功率可能较大，可以改变风扇的数量或风扇的参数来满足要求。,某机房项目改造方案,77,经现场勘查，机房中机架最高2.5M左右

26、，机架顶与线架的距离最少有60CM机架进风处前方最小空间在80CM以上（C列局部区域），现场有充裕的空间可以做送风道及冷池,某机房项目改造方案,78,我们还可以将大部分地区做冷池，个别局部地区做冷风直吹方式的混合形式。,某机房项目改造方案,79,有些机架为不可拆卸机柜门，但机柜门前空间较大并且这些机柜都有加高底座，这样可以将冷池加厚到能将机柜门包围或做到在维护时可将机柜门打开的设计,某机房项目改造方案,80,由于大部分机架做到了冷热分离，使很多冷量直接作用到机架进风口处，所以可以适当提高空调的回风温度即使经过空调制冷的冷风温度也相应提高。一般回风温度可提高到26+/-2，这样有冷池的机架的进风

27、口处的送风温度在1822左右，但在没有冷池的区域采用直接送风方式加大送风量使其混合温度达到要求。,改造效果,若采用高效冷却系统，在不增加空调设备的情况下，改造后在解决局部过热的问题后还可以将 I服务器的运行功率由324KW增加到470KW，相当于又建半个机房，在市区机房每平米造价最少要10000元（包括空调设备、机架设备），525平米机房相当节省260万元；不算节能的效果，在解决局部过热的同时基本建设投资就可节约近260万元。,81,改造效果,一：提高回风温度产生的节能效果 机房按 35 X 15 X 6（m） 计算 上、 下 截面积 ：35 X 6=210M2 ； 左、 右截面积 ： 15

28、X 6= 90M2 ； 地面、屋顶 525M2,82,改造效果,提高回风温度产生的节能效果墙体冷负荷：Qw=KwFw (twp+tfp+tw-tn) Kw墙体的传热系数 W/（M2 M*） ；Fw墙体的面积 M2； ； t wp室外日平均温度 tfp墙体热辐射平均温升 tw外墙“作用时间”室外温度波动部分的综合符合温差 tn室内计算温度 在机房改造前后Kw 、Fw 、twp、tfp、tw都不变，只有tn 增加了4 6所以 墙体的冷负荷改变为Qw=KwFw tn,83,改造效果,一：提高回风温度产生的节能效果改造前后变化的只是 tn 改变室内计算温度提高了了46 若提高4Qw=KwFw(tn)

29、=0.8X（210+210+525+525+90+90）X4=6.6KW 每小时相当于节省6.6KW的制冷量按能效比1：3计算，一年可为我们节省19272KW.H的能量，,84,改造效果,二：提高回风温度制冷效率提高的效果由爱默生空调的技术资料,85,改造效果,二：提高回风温度制冷效率提高的效果 平均每提高回风温度1制冷效率提高3%；提高回风温度4可提高制冷效率12%：我们可以按照实际需要开启机房空调的数量，改造后按308KW发热量的120%(由于不能完全将冷热分离，将有少量的冷量流失)提供369KW制冷量 ，开启6台空调足够设备散热需要。,86,节能效果,二：提高回风温度制冷效率提高的效果,

30、节省空调制冷功率96KW，每年节省空调电能：84.1万 KWH改造前后的制冷能耗比 ：114/211=54%；,87,节能效果,三：增加风扇的耗能,改造过程中消耗的能耗-风扇的能耗共增加744(124X6)个风扇，除124台备份外其余620台在满负荷运行时（每个机架按增容后安装4KW的IT设备计算）总功率为：3.42KW；一年的能耗为：3万KW.H,88,节能效果,四：总节省的费用（外界影响KW.H ） 19000（空调节能KW.H） + 841000（风扇能耗KW.H） - 30000 总节省能耗（KW.H） = 830000最终每年节省能耗约83万度再考虑其它不可预见能量消耗因素的影响,按10%计，最终每年节省能耗75万度；按每度0.67元电费计算，每年可节约近55万元电费，按改造费用130万计算，约2年多收回改造成本；,89,经济效益,五：其它效益改造后相当于建立一个机房监控系统，为维护人员随时了解机房运行状态提供了保证。,90,