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HOLDSTORM·AIE数据中心节能技术

一、技术名称:HOLDSTORM·AIE数据中心节能技术

二、技术所属领域及适用范围:各类数据中心(IDC)、机房

三、与该技术相关的能耗及碳排放现状

广东省的信息化进程领先全国,电子信息制造业、软件服务业领先全国。2014年,全省电子信息制造业实现销售产值2.97万亿元,同比增长8.1%,连续24年居全国第一;软件和信息服务业实现业务收入6021.1亿元,同比增长22.7%,成为广东省国民经济发展中的亮点。作为软件和信息服务业的基础设施,数据中心也快速发展。目前,广东因特网数据中心(IDC)业务和因特网接入服务(ISP)业务资质企业为4788个,位居全国首位。据不完全统计:目前,广东省超过50个机架的数据中心总机架数已超过4万个,其中经营性IDC约占60%,自用性IDC约占32%,自用和经营性兼顾的IDC约占8%。初步估算,2014年全省数据中心总耗电量超过30亿千瓦时,约占全社会用电量的6%左右。全省大部分数据中心PUE超过1.6,数据中心节能成为节能重要领域之一。

四、技术内容

1. 技术原理

HOLDSTORM•AIE系统应用于数据中心内制冷系统的节能,和数据中心内的制冷系统结合应用,通过气流密闭循环,物理隔离二维动态送风(防尘,防硫等有害气体,有效提高IT设备的生命周期)智能导流,按需精细送冷,回热,独立灭火技术,电源过载保护,气流组织离子化,风险规避,精细化集中管控,提高制冷系统的换热效率,从而提高制冷系统的能效比。

2. 关键技术

1)全封闭冷热通道隔离供冷技术:通过HOLDSTORM•AIE送、回风密闭导流系统与空调送、回风通道连接构成与外部空间隔离的全封闭送回风系统,并实现物理冷热通道隔离。完全消除数据中心围护结构的热耗散,减小数据中心空调制冷的能耗。同时密闭通道循环气流避免外部对空气洁净度和温、湿度产生影响。

2)二维动态平衡变量导流送风技术:HOLDSTORM•AIE二维动态平衡变量导流送风系统内部垂直方向配置多套变风量装置,机柜内部在水平截面方向实现高效冷却的平行流气流组织,在垂直截面方向实现分层变风量差异化供冷并通过自动调整风量,解决IDC整体送风压力差异,保持远近端风压稳定。应用自主研发的智能控制模型,智能管理平台调节变风量装置自动实现机柜二维空间的负荷与供冷的动态匹配。还可根据各机柜的不同温度要求,选择不同机柜的多温区差异化供冷,大幅提高冷量的利用效率。

3)气流组织静电消除技术:静电消除技术系统在模块使气流离子中性化,消除静电对设备带来的隐患和危害,并延长设备的使用寿命。

3. 工艺流程

 

 

五、主要技术指标

1)不同负载与HOLDSTORM•AIE技术系统风量的关系

根据不同负荷下,通信机柜内的气流场和温度场的分布,模拟计算不同负荷下,进风温度为23°C,通信机柜出风口平均温度不大于38°C,时,HOLDSTORM•AIE技术系统所需的最小送风量,结果如图8.1 所示。其中,图中的点为模拟计算结果,曲线为非线性拟合结果,HOLDSTORM•AIE技术系统送风量与负荷的关系如式8.1 所示。

 

 

2)不同静压与HOLDSTORM•AIE技术系统风量的关系

HOLDSTORM•AIE技术系统和数据中心内空调系统联合运行,通过地板下静压将冷空气送入通信机柜内, HOLDSTORM•AIE技术系统送风量与地板下静压密切相关,如图8.2 所示。静压与风量的关系为平行于横坐标的直线,直线与HOLDSTORM•AIE技术系统送风量的交点为HOLDSTORM•AIE技术系统启动的临界点,当静压对应的风量大于HOLDSTORM•AIE技术系统送风量时,无需开启HOLDSTORM•AIE技术系统,制冷系统的送风压力可将冷空气有效送入通信机柜内;即:图中交点右侧为HOLDSTORM•AIE技术系统运行,交点左侧为制冷系统自运行。

 

根据图8.2 中计算结果,HOLDSTORM•AIE技术系统启动的临界点和通信机柜内热负荷的关系如图8.3 所示

3)不同负载与HOLDSTORM•AIE技术系统能耗的关系

根据不同负荷下,通信机柜内的气流场和温度场的分布,以及HOLDSTORM•AIE技术系统送风量和热负荷的变化关系,模拟计算HOLDSTORM•AIE技术系统能耗和通信机柜负荷变化的关系,结果如图8.4 所示。其中,图中的点为模拟计算结果,曲线为非线性拟合结果,HOLDSTORM•AIE技术系统功耗与负荷的关系如式8.3 所示。

 

式中:W——HOLDSTORM•AIE技术系统能耗,W

Q——通信机柜负荷,kW

由图中可知,HOLDSTORM•AIE技术系统的能耗随负荷的增大而变化,该系统在不同负载下的最大能耗为150W,此时可输出的冷量为24kW,对比于传统制冷系统的能耗,该能耗可忽略不计。该系统和传统制冷系统联合运行时,提高了制冷系统的回风温度,提高了制冷系统中蒸发器侧的传热效率,增大了制冷系统的蒸发制冷量,提高了制冷系统的能效比。

HOLDSTORM•AIE技术系统在不同负荷下的运行工况,包括不同工况的气流场、温度场、风量以及能耗的变化关系,从模拟结果可知HOLDSTORM•AIE技术系统可提高制冷系统的回风温度,提高冷量的利用率,从而大幅降低通信机房内制冷设备的能耗,满足通信机房内电子服务器的安全运行;HOLDSTORM•AIE技术系统可提高制冷系统的回风温度约10oC,制冷系统的能效比提高25.6%左右,系统运行的能效比计算如下:

 

式中:Qr——空调系统制冷量,kW;

W——空调系统运行能耗,kW。

提高系统运行的回风温度可提高蒸发器侧制冷剂和空气的传热温差,提高蒸发器处的换热量,即式中的空调系统制冷量,故可提高系统的能效比。其中,该式中只考虑了蒸发器侧的换热量,计算结果比实际运行节能效果偏低。实际运行时,提高室内侧的温度还可减少建筑围护结构的得热量,降低数据中心的冷负荷,减少空调的运行能耗。据统计,室内侧温度每提高1oC,可减少制冷系统的能耗5%-8%。HOLDSTORM•AIE技术系统可提高制冷系统的回风温度约10oC,即该系统可降低空调系统50-80%的能耗。

六、技术鉴定、获奖情况及应用现状

通过国内外科技查新、拥有多项国际专利技术认定。

七、典型应用案例

典型用户:广州市公安局萝岗区公安分局

技术提供单位:广州汇安科技有限公司

建设规模:广州市公安局萝岗区公安分局联和派出所监控机房,采用HOLDSTORM•AIE二维动态送风系统单元,机房占地面积 60平方米,共安装8套(16个42U机架)标准节能单元,项目设计IT设备总功率为60kW,机房空调配置冷量总功率为53.2kW,设计PUE值为≦1.5。

1.使用HOLDSTORM•AIE技术系统8个单元(16个标准42U机架)系统设置每个单元机架IT设备总功率4~8kW,本项目设计IT设备额定总功率为60kW。

2、本项目机房空调总冷量功率配置为53.2kW,空调工作为4台13.3kW(冷量功率)下送风精密空调,单台电功率为4.5kW,室内机为2组。

3、现场测试数据证明,HOLDSTORM•AIE技术方案PUE平均值为1.4 (PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗)

采用HOLDSTORM•AIE二维动态送风等技术解决了局部“热岛”、提高回风温度10度以上、提高了冷效能实现节能35%以上,平均PUE值小于1.5。此项目改造投资为22.24万元,产生节能效益35%, HOLDSTORM•AIE数据中心节能技术在实际运用中每年节约¥24.88万元,投资回收期约1年。

八、推广前景及节能减排潜力

广东属热带和亚热带季风气候区,年平均气温20℃以上,空调设备用电占在运营的数据中电量消耗的45%以上,全省较为先进的数据中心,大部分PUE也超过1.6,数据中心节能空间和潜力巨大,该技术在数据中心、超算中心、云计算中心等领域广泛适用,节能效益显著。


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