南京某数据中心机房热管背板空调系统改造方案研究
2020-07-10黎春鹏李海峰刘乾恒
黎春鹏 郑 重 李海峰 刘乾恒 张 江
中通服节能技术服务有限公司
0 引言
近年来,以大数据、云计算、互联网为代表的信息经济迅速发展,未来5G时代的到来将会导致更快更密集的数据流,趋势下必然会推动更多的数据中心建设需求。目前来看,我国在数据中心的布局建设上不遗余力,从标准、规划以及鼓励扶持措施等方面提出了相关政策。党的十九大报告中也提出践行绿色发展、改善生态环境,建设美丽中国的发展理念,数据中心作为能耗巨头,如何实现数据中心的节能以及经济运行,成为通信行业内关注的研究领域。
数据中心全年均需要制冷,空调制冷能耗约占数据中心能耗的40%,而且传统的数据中心供冷方案存在空调气流紊乱、局部过热、加湿除湿同时进行、冷冻水供水温度偏低等多种问题。本文结合南京某数据中心空调节能改造应用的典型案例,分析了热管背板空调系统在数据中心运营中的节能经济性。
1 项目概况
该项目位于江苏省南京市,属亚热带季风气候地区,年平均温度15.4℃,年极端气温最高为39.7℃,最低为-13.1℃。通信机房主楼地上五层,其中1~4层为百度机房,5层为监控中心,冷冻站设计包含1000RT冷水机组4台,冷冻水供回水温度为7/12℃。本次节能改造仅涉及4楼的两个原空调设计方案,均为风冷精密空调地板下送风供冷的机房,建筑面积700m2。机房设计参数为:机房温度23±1℃,相对湿度40%~50%。原机房空调配置情况如表1所示。
表1 原机房空调配置情况
2 空调改造方案设计
本项目机房制冷系统改造的原则为:充分利用数据中心通信楼原冷冻水系统,替换能效较低的风冷精密空调地板下送风机房级的供冷方案。因此,本项目创新性地使用了热管背板空调系统机柜级的供冷方案,热管背板空调系统原理图详见图1。该方案中配置冷水机组(含冷却塔+板式换热器自然冷源供冷)以及壳管式换热器、热管背板空调,冷水机组提供的两路冷冻水为系统冷源;双蒸发系统的热管背板空调安装在机柜的热风侧(热管背板空调布置图详见图2),通过冷媒管与壳管式换热器相连;热管背板空调中冷媒和冷水机组提供的冷冻水在壳管式换热器中换热,冷媒系统通过自然重力循环回流热管背板空调。热管背板空调系统不仅可以充分利用室外自然冷源,还能降低风机能耗,解决局部热点问题。
图1 热管背板空调系统原理图
图2 热管背板空调布置图
3 热管背板空调系统节能、经济性分析
3.1 热管背板空调系统节能率、PUE值分析
本次节能改造前后两种系统同时并存,通过实际挂表测量,记录不同测试阶段两种制冷方案的能耗数据,统计如表2所示。
表2 两种制冷方案的能耗数据统计
有研究表明,随着冷凝温度/蒸发温度降低/升高1℃,单位制冷量功耗降低约2%。因此,修正后的风冷精密空调运行阶段日均能耗如下:
机房PUE概念由Green Grid首次提出,国家工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局关于加强绿色数据中心建设的指导意见中也明确指出新建大型数据中心PUE要达到1.4以下,机房PUE定义如下:
根据上述PUE的计算公式分别计算风冷精密空调、热管背板系统的PUE值,数据对比如图3所示。
图3 热管背板空调系统与风冷精密空调系统PUE值对比
3.2 热管背板空调系统经济性分析
根据3.1能耗数据统计,采用热管背板空调系统和常规风冷精密空调系统运行比较如表3所示。
表3 热管背板空调系统与风冷精密空调系统运行情况表
从表3中可以看出,采用热管背板空调系统和风冷精密空调相比,每年可以节省运行费用46.49万元,节约标煤消耗量186.50吨,CO2减排量488.63吨。此外,热管背空调系统初投资约为238万元,17台风冷精密空调系统初投资约为119万元,初投资增加的部分静态回收期t为:
4 结语
本文通过南京某数据中心机房空调系统节能改造实际案例入手,阐述了热管背板空调系统在数据中心建设中的原理、优势、应用场景,为数据中心空调系统节能改造提供了一种可行的参考方案。此外,热管背板空调系统方案相比传统风冷精密空调系统方案节能优势明显,机房整体PUE满足国家对绿色数据中心PUE的设计要求,投资回收期较短,节能减排潜力较大。