通信机房DC重构解决方案.ppt

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1、南小刚2017年8月,通信机楼DC重构空调节能解决方案,2023/10/19,行业背景-常用机房制冷方式,目前行业内主要的几种机房制冷方式,传统风冷空调,上部平送风，地板下送风；冷通道封闭；,列间制冷；机架面板供冷；机架顶部供冷；机架底部供冷；可移动空调,热管换热机组；热管空调；热管背板；多联机,热管空调,水冷/蒸发冷空调,100%压缩机制冷技术,+自然冷却技术,2,水冷式冷凝+冷却泵+冷却塔,风冷式冷凝,蒸发式冷凝,压缩机制冷循环,冷凝,压缩,蒸发,传统上对于空调的分类，主要是在冷凝环节采用了不同的技术，在压缩和蒸发环节，差异不大,传统空调制冷技术原理,2023/10/19,3,2023/1

2、0/19,4,（3）水盘中设浮球阀，自动补充冷却水量。,风冷式空调冷凝原理以及相关数据,2023/10/19,5,风冷型空调在室外高温环境下，制冷量和COP均损失较大,制冷量从33.75kw下降到24.09kw，损失28.6%;耗电功率从10.67kw上升到14.05kw，增大31.6%；SCOP从3.16下降到1.72。,2023/10/19,6,水冷式空调冷凝原理以及相关数据,2023/10/19,7,蒸发式冷却工作原理图解,结构上将冷凝器和冷却塔合二为一，省略冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段；充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，水量消耗为水冷式冷凝器的4550%。,2023/10/19,8

3、,蒸发冷却式空调冷凝原理以及相关数据,2023/10/19,9,注：冷凝温度每降低1，压缩机能耗降低3%,2023/10/19,10,蒸发式冷却采用平面液膜换热技术,气态制冷剂,液态制冷剂,冷却循环水,冷却水流动特点：交错、复迭流动,2023/10/19,11,传统水冷系统,板管蒸发冷却式空调系统,系统集成,13,新形势下绿色数据中心的节能技术探索,绿色节能，在低碳潮流下，数据中心急需有所作为，制冷系统是数据中心的耗电大户，约占整个系统能耗的3045%，制冷系统的节能受到了前所未有的关注。优化送风方式、冷热通道布局、冷热通道隔离、智能群控、利用室外自然冷源等方案已呈现出百花齐放的现象。还有数据

4、中心采用了热回收装置产生热水，作为生活、洗澡、游冰池等用途，降低了整个系统的碳消耗。动态化，在新型数据中心的建设和应用中，按需制冷或动态制冷也成为数据中心冷却方案中一项很重要的评价标准。所谓按需制冷指的是数据中心空调的冷量输出是伴随着IT热负荷的变化而变化，是一个动态的、可调节的输出。随数据中心发热密度的不断增大，数据中心空调除了提供稳定、可靠、绿色的冷却的同时，如何防止出现局部热点也成为冷却方案需要重点考虑的需求之一。数据中心虚拟化的发展使得服务器等设备发热量会有更大波动，包括不同时间及不同空间的变化，动态制冷更能适应虚拟化需求。动态制冷技术有风量智能调节技术(温度控制或静压控制)，变容量压

5、缩机技术、智能控制系统等，动态智能冷却技术通过建置多个传感器来监控温度根据散热需求针对性地动态供应冷却气流,其风量大小可以根据需要随时调节，从而达到节能目的。冷源的利用率的提升也是提高数据中心冷却效率的另外一个重要途径，并被业界所重视。在气流组织优化方面，从最初的大空间自然送风方式，逐渐升级到如地板送风、风道送风等一些粗放型的有组织送风方式，再到当前的机柜送风、或者封闭通道冷却方式运行，甚至有了更前沿的针对机柜、芯片、散热元件的定点冷却方式的应用。,14,新形势下绿色数据中心的节能技术探索,高密度，经过大量的实验验证发现，当单个机柜(服务器)的热负荷过高时，如果还是采用传统方式的机房专用空调来

6、解决，就会造成以下问题:l)机房环境温度控制得不理想，会有局部热点存在;2)由于设备需要通过大量的循环风来带走如此多的热量，采用传统的机房空调系统会占用大量的机房空间。上送风机组需要采用风管的载面积尺寸非常巨大，下送风机组的架空地板的高度需要提高很多，会造成很多己经运行的机房将无法继续使用。因此，机房空调制冷系统也必须做出相应的改进。高热密度制冷系统在解决机房内局部过热方面，成为机房制冷系统的重要组成部份。目前，应用较成熟技术有封闭冷热通道、列间制冷、而背板冷却、芯片冷却等新技术不断地被采用，在部分高热流密度应用中，放弃了传统的对流散热方式而采用导热散热方式如微通道冷却技术、冷板散热技术的应用

7、等。综合看来，与Free_CooIing自然冷源应用、精确送风、定点冷却这些元素相关的应用成为当前数据中心冷却技术的热点及发展方向。数据中心空调系统设计的可用性、绿色节能、动态冷却、高密度致冷是未来的发展趋势。可用性一般为A级或B级，需要空调系统有冗余设计，出现故障要有应急方案。智能精密配电系统、分布式电源系统、电池智能系统、高压油机发电系统等高可靠性、高适应性、高效能的设施采用也提高了数据中心的能效系数利用自然冷源的水冷发电机组、蒸发水冷发电机组（新疆）、间接蒸发水冷风墙系统（张北）、利用湖水（阿里）和江水（东江）的较低水温致冷更是大大地起到了节能效果。微模块（华为等）、背板热管空调（多家）

8、、微通道背板热管空调（盾安）、液态冷板（移动）已被大量认可并采用。,15,运营商通信机房基础设施现状及节能需求,十二五期间电信联通加大光网络改造的推进力度，并逐步加快部署TDM交换机、ADSL接入设备退网工作，现光进铜退和交换机退网基本完成。传统TDM交换机退网后将导致大量机房资源闲置。如何充分、合理、有效利用闲置机房资源，盘活国有资产，是摆在我们面前的一个全新的课题。长期以来，通信机房采用精密空调的方式来进行制冷，随着数据设备的比例大量增加，存在局部热点问题难以解决，同时传统的方式致冷效率不高，很多空调使用了多年也急更新改造，近年来，机房专用精密空调竞争激烈，价格只有原来的一半，质量得不到保

9、证，能效系数出厂3.0，使用合同能源更新也需要6年以上。现云计算、大数据、物联网需要大量的IDC机架，而新建数据中心机房建设投资大，时间长，为充分占有市场，更快更好更省地改造退网机房（机楼）的基础设施（配电和空调）是当务之急，应尽可能采用投资+合同能源管理等创新模式来解决投资不足和效能不高等难题。为解决这一难题，我们应引进全生命周期拥有成本（TCO）这一概念。TCO全生命周期拥有成本=Capex初投资+Opex运维成本。首先确定TCO最优原则，投资回报周期控制在3年内为最优，超过5年的回收期会给用户后期的使用带来技术和成本两方面的风险。初投资两方案比较的差值除以运维成本两方案的差值，即为节能方

10、案的静态投资回报期(年)，一般小于等于3年，为最优方案，35年则为可选方案，如果大于5年，而且没有其它附加价值时，则不宜选取。,机房制冷技术的发展趋势,完全压缩机制冷,部分压缩机制冷+部分自然冷源,完全自然冷却,风冷空调,水冷空调,蒸发冷空调,背板热管空调,+,机房制冷技术的发展趋势,将制冷单元安装到单元内，避免了送风距离所需的能源消耗、二次热能及冷量分配不均的问题。,单元制冷,直接对发热点供冷，消除局部高温，供冷量及利用效率大幅提高。,区域制冷,空间制冷,传统风冷空调,背板空调,冷通道封闭,定点送风,方案1：板管蒸发冷却自然冷源冷水机组+精确送风机柜；方案2：板管蒸发冷却自然冷源冷水机组+背

11、板热管机柜；方案3：板管蒸发冷却自然冷源冷水机组+行级空调。,蒸发式冷凝 高温冷源 自然冷却 精确送冷，密闭循环 集成控制系统,特点：,回风静压箱,送风静压箱,板管蒸发式冷凝自然冷源冷水机组,高温末端,机柜,回风,送风,服务器,解决方案1：板管蒸发冷却自然冷源冷水机组=（蒸发冷却技术+自然冷源+热管技术+高温冷源）+送风柜,方案2：板管蒸发冷却自然冷源冷水机组+背板热管,热管背板,冷冻水供回水,20,15,21,泵制冷系统原理,解决方案2：板管蒸发冷却冷水机组+热管背板空调,方案3：大温差板管蒸发冷却自然冷源冷水机组+行级空调,冷冻水供回水,行级空调,20,15,23,在数据机房室外侧采用自然

12、冷源的蒸发式冷却水冷空调机组，与使用风冷、水冷式空调机组相比，将从以下五个方面获得优势：制冷运行效率更高装机容量更小配电功率更小运行可靠性更高运行能耗费用更低利用自然冷源的时间最长在数据机房室内侧采用热管背板空调末端，与风冷式风柜、冷热通道封闭相比，将从以下五个方面获得优势：用更小的耗电获得制冷效果，耗电功率是风柜送风方式的1/8在设备最高温处带走热量，换热效率最高，没有冷凝水，接近100%显冷比没有局部热点问题可以与机柜负荷同步部署节约机房空间，提高机房利用率,重点推出延长自然冷源运行时间，提高数据中心冷源全年效率解决方案,2023/10/19,25,2023/10/19,26,从上表可以看

13、出，全国部分地区可利用自然冷源的时间在60%以上（室外平均温度在22以下时），节能率很高。,国内不同地区可实现自然冷源运行的时间,=9.31,=41%,29,中央节能保护节能技术，针对用户配电系统内，所存在的变压器损耗、线损、铁损、铜损、震动、噪声、发热发烫等八大损耗与电能在24小时内的波动所导致的能耗浪费，既治理电能污染又抗冲击，既提高功率因数，又促进三相平衡，既清洁电网又电磁储能，既调流调压又管理节能，还远程监测。中央节能保护装置具有双向阻隔内处部电能污染的功能，阻隔来自外部的雷达波、无线电波、闪电雷击、邻近用电单位设备启停所产生的电压波动、电压闪烁等引发的外部电能污染（约占10%-20%

14、）,双阻隔来自用户配电系统内部的因线路和设备老化、三相不平衡、功率因数不足、设备启停频繁、谐波干扰、超载等原因引发的内部电能污染（约占80%-90%）.享有双向防火墙之称的中央节能保护装置，即阻隔来自内外部的瞬流、浪涌、谐波等电能污染，又通过抑制（通低阻高）、滤除、吸收三种治理方式，降低内部电能污染对配电系统内的所有设备、仪器仪表、线路和开关的危害项目实践中，祥和电效节能保护装置在系统稳压调流、三相电力平衡、抑制谐波、浪涌、瞬流及无功补偿等方面效果显著，变压器嗡鸣、设备震动、发热、发烫、空开拉弧等现象极大程度上得以改善。整体节能装置在保护用户设备的同时也为其带来7%-32%的节能效益。从改善用

15、户的电能质量与提高抗冲击能力出发，测试中央节能保护节能技术对基站、通信机楼、数据中心等节电率一般在16%左右。作为节能减排重要措施，十二五期间就出台了配电变压器能效提升政策,要求变压器空载损耗降低10-13%,负载损耗降低17-19%，更换老旧变压器也可节能。国内有利用物联网、大数据、云计算对基站、接入网等传统的精密空调进行温度控制减少空调开关次数，也能节省30%以上的空调用电产品，国际谷歌也实现了人工智能技术节省数据中心空调40%的用电。,推荐配电整体节能技术和空调控制技术配合改造，用电更加安全,节电更加显著,通信机楼可以做到五重节能，首先采用先进的网络技术和元器件技术将传统的老旧设备和网络

16、进行改造，这在十二五期间己大致完成，十三五期间继续推广分布式ups、高压直流，智能配电、分配单元等及先进网络技术;其次，采用高效的变压器改造升级技术和整体节能改造装置提高变配电效率，隔离电网和用户配电对用电的影响，降低瞬流、谐波、浪湧、铜损等耗电，提高用电安全的同时，测试在通信领域可节省整体用电量16左右，这种技术在其它节能领域己广泛应用，节能在7%32%之间;第三是该到了舍弃精密空调风冷式致冷方式，这种长期不变的方式给电信业提供了方便舒适的方式和项目投资少，但随着网络技术的变化，设备集成度高，越来越不适应致冷量灵活调配和节能环保的需要，而且随着集采的竞争质量和能耗系数一般难以维持，特别是高温

17、季节能效下降很快，而水冷和蒸发水冷要好得多，能效系收可达56，如在中西部利用自然冷源全年平均能效比可达915，是成倍提高;第四，机房内可采用冷热通道分隔、微模块、背板热管空调、液冷加背板热管空调等形式逼近元器件散热，效率更高，能解决传统空调热点问题，同时可以采用高密度的服务器，如用背板还可省去地板费用，提高装机高度和容量，扩大装机面积，节省有限的物理资源;第五，采网物联网云计算技术来管理空调的开关机次数，在国外谷歌用人工智能可节省40%数据中心空调能耗，国内己有厂商在基站和接入网机房对传统空调节能40%左右，用人工智能物联网云计算大数据分析管理能耗一方面可为电信业本身带来节电效益，同时可作为运

18、营商服务社会的一项基本的物联网技术，符合电信业的发展方向,紧紧抓住通信机房基础设施改造及DC化重构的绿色发展窗口期,32,工信部节201777号（一）以信息通信技术应用带动全社会节能减排 通过促进“互联网+”、共享经济发展推动传统行业转型升级，推动能源管理信息化系统在重点行业中的应用，对企业能源输配和消耗情况实施动态监测、控制和优化管理，不断加强企业对能源的平衡、调度、分析和预测能力，实现企业用能的精细化和数字化管理。（二）加强行业节能减排技术创新推广 1.创新推广绿色网络技术。全面推进信息通信业节能减排改造及技术创新，强化技术节能，积极构建先进绿色网络。新建通信网络全面采用节能减排新技术和设

19、备，推进通信网络结构性和系统性节能减排创新；积极推进现网老旧高耗能传统设备退网，加快传统交换设备和高耗能设备的升级改造；加快电信用户向光纤网络迁移，深入推进光网城市建设。2.创新推广绿色数据中心技术。推广绿色智能服务器、自然冷源、余热利用、分布式供能等先进技术和产品的应用，以及现有老旧数据中心节能改造典型应用，加快绿色数据中心建设；认真执行绿色数据中心相关标准，优化机房的油机配备、冷热气流布局，从机房建设、主设备选型等方面进一步降低能耗。3.创新推广云计算等新一代信息节能技术。鼓励互联网企业开放平台资源，加强行业云服务平台建设，支持行业信息系统向云平台迁移。加速软件定义网络（SDN）/网络功能

20、虚拟化（NFV）技术在信息通信网络结构优化升级中的应用，提升网络资源的利用率，降低运营成本。加强信息系统（IT）服务器的节能管理，通过资源虚拟化、云化等科技手段提高服务器资源利用率。4.创新推广能源高效利用和新能源技术。推进电力能源高效使用，推广高压直流供电和高效模块化不间断电源等节能技术和设备，提高风能、太阳能、新型蓄电池等新能源占比。（三）积极推进行业结构性节能减排 1.深化基础资源共建共享。做好城市通信基础设施专项规划编制工作，加大电信管道、杆路、铁塔、基站机房、光缆、住宅小区电信设施的共建共享力度，实现电信基础设施集约建设；扩展基础设施共建共享的深度和广度，探索跨行业的共建共享，扩大共

21、建共享带来的节能效应。2.推动绿色供应链建设。积极推动行业设备研发、制造、运输、回收等全生命周期节能减排，加快构建信息通信业供应链绿色标准体系，提高节能、节水、节地、节材指标及计量要求。加强联合研发，共同推动无线、信息系统和传输网等设备降低功耗，推广绿色包装应用，加强废旧设备管理，不断完善对信息通信废弃设备的回收管理，减少对环境的影响，推动绿色循环发展。（四）推动企业节能减排管理体系与平台建设 1.加强企业节能减排管理制度建设。推动信息通信行业企业逐步完善节能减排目标责任制，逐级落实节能减排目标、责任单位和责任人，健全节能减排各项规章制度，完善节能减排组织管理体系、能耗统计体系、绩效考核管理体

22、系等。2.深化节能减排统计监测平台建设。运用物联网、大数据、云计算技术，对信息通信行业企业能源消耗情况实施动态监测、控制和优化管理，提高分析、预测和平衡调度能力，实现节能减排的精准化管控。（五）完善行业节能减排政策标准体系建设 进一步完善信息通信设备节能分级标准及绿色数据中心相关标准，充分发挥标准的引导和约束作用，加快构建信息通信业绿色供应链，有效支撑行业节能减排工作。（六）探索与创新市场推动机制1.建立健全第三方节能服务机制。创新合同能源管理，健全利益分享机制，推广能源费用托管、节能量保证、节能设备租赁等商业模式，满足用能单位的个性化需求。充分发挥第三方服务机构的作用，为企业提供检测、认证、培训等服务，为节能减排新技术、新政策、新标准的研究制定和应用建言献策，共同推进节能减排工作。2.建立健全节能金融服务模式。加强产融衔接，探索建立绿色信贷、绿色债券、绿色产业基金支持信息通信业节能减排项目建设的服务模式，推动企业落实节能减排技术改造和新技术新产品推广，实现行业绿色发展。,结束语,33,综上所述,通信机楼DC重构可选用相对于传统精密空调的更加节能方式，利用合同能源管理，由第三方投资进行改造,