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数据中心温湿度独立控制系统实践

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-18 20:07:47 * 浏览: 85
结合项目实际应用,介绍了数据中心独立温湿度控制系统的设计与应用。提出了数据中心温湿度独立控制的应用方法和运行能耗分析。根据实际操作条件和测试结果,可以显着降低PUE值。并进行投资,为绿色数据中心的发展提供了很好的案例和应用。与传统的恒温恒湿水冷式机房空调相比,它可以减少投资和运营成本。独立控制温度和湿度的空调方法是中国学者开创的一种新型空调方法,近年来在国内外逐渐发展起来,最早在办公等行业得到应用。已经用于集成电路和烟草行业。与传统的集中式空调不同,温湿度独立控制空调采用两个独立的系统来调节室内温度和湿度,使受控环境的温湿度可以同时满足要求,还可以避免完全重新加热并产生巨大的节能效果。随着IT行业的发展,全球绿色数据中心的推广,特别是绿色PUE的提出,对数据中心的投资和节能提出了很高的要求,同时服务器对环境的要求也越来越高。越来越低。独立控制温度和湿度提供了良好的需求。 1温湿度独立控制系统将干燥的新鲜空气送入机房以控制机房湿度,并将高温冷源产生的12/18℃冷冻水送至室内干燥室空调装置带走来自机房的热量。温度和湿度独立控制系统的主要内容是设置分别处理显热的系统和处理湿度的系统。用于处理显热的装置可以通过室内干燥空调单元循环来实现。由于供水温度高于室内空气露点温度,因此没有凝结的危险。湿度处理夏季,使用独立的新风扇单元控制机房的湿度。在冬天,采用等焓加湿方法来处理室内湿度。同时,可以降低送风温度,并假设一些室内热负荷,如图1所示。2与传统的数据中心相比,在计算机房中使用恒温恒湿空调单元的传统数据中心。传统的恒温恒湿空调单元的室内环境以耦合的方式控制。除了精确控制空气温度外,恒温恒湿空调还需要控制空气的湿度。机房空调本身的焓差小,风量大,湿度调节能力差。在夏季,除湿必须将温度降至露点以下,除湿后,通过电加热进行二次加热,会造成能源浪费。当冬季加湿消耗大量电力时,在冷却设备时会产生冷凝水。图2是常规恒温恒湿单元的焓湿图。如图2所示,室内机同时承受着机房内的温度和机房内的湿度,这不可避免地引起冷热抵消过程。以100kW机组为例,冷热补偿为9kW。 3独立的温度和湿度控制的核心组件独立的温度和湿度控制系统的三个核心组件是:高温冷冻水装置(出水温度12°C及以上),新鲜空气处理单元(准备干燥新鲜空气) ,室内终端设备以去除显热下面描述了这些核心系统的形式。 (1)高温冷水机d水系统因为除湿任务是由处理潜热的系统承担的,所以在常规空调系统中,显热控制系统的冷水供应温度从7°C升高到约12°C。在此温度下的冷水为使用自然冷源(例如自然冷却,地下水和土壤源热交换器)提供了条件。在西北干旱地区,可采用室外干燥空气通过直接蒸发或间接蒸发获得12℃的冷冻水。在北部冬季和过渡季节,即使没有可用的自然冷源如地下水,也可以使用冷却塔直接冷却以获得12℃的冷冻水。随着供水温度的升高,冰箱的性能系数也显着提高。 (2)当高温冷水机无法利用地下水或冬季储藏和夏季收获技术等自然冷源获得冷水时,应使用电冷却。由于所需的水温高,制冷压缩机所需的压缩比非常小,并且冰箱的性能低。系数也可以显着增加。如果蒸发温度从2〜3℃增加到7〜8℃,则冷凝温度为40℃时,卡诺制冷机的COP将从7.2〜7.5增加到8.5〜8.8。相同的制冷量可以节省15%的电量。 (3)冷却塔间接冷却。冷却塔用于间接冷却。在理想条件下,每个组件的热交换面积无限大,并且当每个组件的风水流量满足匹配条件时,出口温度可以无限接近进气的露点温度。当室外露点温度低于12℃时,可以直接冷却冷却塔。实际上,考虑到每个组件的效率和冷冻水的稳定性,当测得的冷水出口温度比室外湿球温度高5到7°C时,冷却塔中的冷却水温度为相对稳定。由于冷却塔的冷却能力,仅需要风和水的间接和直接接触热交换过程所需的风扇和泵的功率消耗。与传统的电压缩制冷方法相比,该压缩机不使用压缩机,机组的性能系数为COP(设备的制冷量与风扇和水泵的能耗之比)非常大。高。在过渡季节,冬季以及西北干旱天气条件下的大多数北部地区,测得的COP单位约为15-30。室外空气越干燥,湿球温度越低,获得冷水的温度就越低,间接蒸发式冷却器的COP越高。同时,由于使用高温冷冻水系统,冷却塔的冷却时间比传统的7℃冷冻水系统长得多,并且延长了冷却塔的冷却使用时间。 (4)湿度调节系统-干燥新鲜空气的准备机房里的人比较少。机房中没有湿负荷。机房中的湿度控制主要由新鲜空气湿度控制。处理单元的核心任务是实现新鲜空气的冷却过程。它是通过常规的冷冻方法实现的,包括新鲜的冷冻水新鲜空气单元,直接膨胀的冷新鲜空气单元,热泵驱动的溶液除湿新空气单元和间接蒸发冷却新空气单元。 ①夏季,除湿处理在数据中心机房采用了具有独立温度和湿度控制的空调系统,带来了空气湿度控制问题:在图3的分界线上,即中国西北部,室外新鲜空气最初是干的,可以直接用来去除房间的湿负荷。此时,新鲜空气的过程是等待湿度降温。实现此功能的间接蒸发冷却新风机已成功开发并使用在十多个大型公共建筑中。在分界线以下,主要在中国的东南部地区,室外空气非常潮湿。为了获得干燥的新鲜空气供应,必须对新鲜空气进行除湿。可用的除湿方法:传统冷凝除湿,旋转除湿和溶液除湿。 ②冬季加湿处理设备机房传统的恒温恒湿空调机组使用电加热,电极和红外加湿系统。它们都使用电加湿,这会消耗大量电能。 1kg的水需要0.75kW的电能。电脑室一年四季都有很多热源。等焓加湿的使用既可以实现加湿又可以降低室内温度。在这一阶段,专业机房湿膜加湿装置已经研制成功,专门用于冬季机房的等焓加湿。 (5)核心部件:独立控制室内终端设备的温度和湿度。机房中的空调仅承担机房中的温度控制。与传统的恒温恒湿机组相比,高于室内露点的高温冷水不会冷凝。暴露现象下,室内终端设备要简单得多,只需干燥的线圈单元,而无需电加热,电加湿,漏水报警,冷凝水盘,冷凝水系统等。随着冷水温度的升高,热量冷盘管表面与空气之间的交换温差减小。冷盘管需要重新设计散热片和水路,以提高盘管的传热性能。如果在干燥条件下使用原始设备,则不能将冷却能力用作原始单元的样本,因此需要重新检查干燥条件下的冷却能力。同时,所有盘管均在干燥条件下运行,风阻小于在潮湿条件下的风阻,需要检查风量。 (6)温湿度独立控制系统应用条件系统温湿度独立控制方法是将新鲜空气独立处理后送入室内。房间的湿负荷是通过新鲜空气处理的,因此处理湿负荷的能力较弱,因此,独立的温度和湿度控制系统更适用于湿负荷小的房间和更好的房间维护结构。结构的维护具有良好的气密性,没有外部窗户。它更适合于实现独立的温度和湿度控制系统。同时,随着服务器对室温升高和湿度要求的要求越来越广泛,温度和湿度独立控制系统在数据中心的应用也将越来越广泛。 4项目案例分析(1)概述该项目位于北京。它已被转换成原始建筑的机房。该建筑有六层,机房位于五层。计划的机房面积为3,000平方米。 5kW,70%是3kW。屋顶上有冷却塔,冷却器,水泵等。计划总共有5个机房单元。机柜的实际工作负载率约为50%至80%。 (2)设计参数:冷通道的设计温度为16至23°C,热通道的设计温度为27至30°C。湿度为40%至60%,新鲜空气量为正压风量值和人员新鲜风量值。 (3)三台冷源高温冷水机组,一机两用,一台备用,制冷量为1500kW,设计水温为12/18°C,对应三台冷水循环泵(N = 30kW,380V @ 50Hz),冷却水循环三个泵(N = 37kW,380V @ 50Hz)和三个模块化封闭式冷却塔,单个水量为450立方米/小时。根据冬季运行条件选择冷却塔,并在夏季进行检查。一台独立的新风扇单元,风量为10000m3 / h,两台板式换热器,一对一服务时,初级侧为11 / 15.5°C,次级侧为12/18°C,热交换容量为3000kW,增加了冬季使用时间。 (4)室内空调设计的新鲜空气负荷由新的风扇单元承担,室内空调单元负责房间的热负荷,机房的室内空调单元在潜热模式。冷冻水温度为12/18℃,设备的进,出口空气温度为30/16℃,该设备没有辅助配置,例如电加热,电加湿和漏水报警。每间客房N + 2均配有室内空调。 (5)投资分析和功耗分析。由表1可知,独立于温度和湿度的控制系统在空调系统中的投资要比传统的恒温恒湿空调系统的投资少。根据表2,可以确定独立温湿度独立控制系统的空调系统的功耗低于传统的恒温恒湿空调系统的功耗,从而可以明显降低运行成本。 (6)运营分析该项目于2012年3月投入运行。运行两年以来,IT耗电量已达到实际运行量的65%。与第一阶段的传统空调相比,冬季冷却塔的冷却时间延长了42天。在夏季,由于取消了电加热,机房空调部分的用电量也减少了。同时,随着冷水机水温的升高,冷水机的能耗也随之降低。 5结论①在数据中心中采用独立的温湿度控制系统是可行的,并且一年四季都可以节省运行能耗。 ②统一使用温度和湿度的独立控制,并结合使用高温冷却机组和高温显式空调终端设备,以实现整体节能。独立控制系统可以延长冷却塔的冬季冷却时间,同时可以实现多个冷源的共享。 ④需要独立的新鲜空气控制系统。机房环境需要保持机房内的正压,避免外界热,湿负荷对机房的影响。同时,房间的湿度由新鲜空气控制。 6其他以下是作者关于节能的其他讨论:①数据中心的空调系统的设计不必限于特定的模型。该项目结合了自己的特性,不受温度和湿度的影响