新基建下数据中心节能减排建设方案课件.pptx

新基建下数据中心节能减排建设方案目录1.数据中心用能现状及问题2.数据中心排热过程分析3.数据中心能效评价指标及节能途径4.数据中心节能技术应用案例5.结论与展望1.1数据中心数据中心用能现状及问题效率低能耗高业务弱传统数据传统数据中心中心 20%IT平均资源利用率数据来源：TheGreenGrid 2.5 传统数据中心PUE 3KW 已经远不能满足需求 50%非IT设备支出占比持续增加 90天 平均业务上线周期1.1数据中心数据中心用能现状及问题数据中心（集成）是一种环境技术，数据中心同时是一种综合性产业，它包括温度、湿度、防尘、有害气体、电磁干扰、屏蔽、防静电、防漏水、隔热、保温、防火、美学、光学、噪声、振动等方面综合的考虑设计它涉及到多种专业：空调、配电、照明、自动检测与控制技术、抗干扰技术、综合布线技术、净化、消防、建筑、装潢等提供完整的数据中心解决方案物理概念工程意义实施角度建筑装修电力供应空调新风消防灭火弱电控制前期规划设计中期设计施工后期调试开通今后维护服务设备供应商工程承包商服务提供商1.1数据中心数据中心用能现状及问题n数据中心是一类特殊建筑，用来集中放置和管理各类IT设备（如服务器、交换机、高性能计算机、工作站等）及其配套设施（电源、照明、空调等），以实现对大量数据的存储、运算、通信、网络服务等功能，为不同需求的用户提供实时高效的信息处理服务。

数据中心结构和功能示意图数据中心内部服务器机架1.1数据中心数据中心用能现状及问题n不同类型的数据中心由造纸厂改造的芬兰谷歌数据中心俄勒冈州谷歌数据中心冷却塔水蒸汽布法罗地区Yahoo数据中心呼和浩特中国移动数据中心1.2数据中心能耗现状数据中心用能现状及问题世界数据中心耗电量分析1我国数据中心耗电量分析1n数据中心能耗高：单位面积发热密度高，全年连续运行预计到2020年，全球信息技术相关的碳排放量将达到15.4亿吨2，占全球总碳排放量5%，已经成为温室气体排放的重大来源之一2015年我国数据中心耗电量逼近1000亿度3数据来源:1ICTresearch；2信息产业如何减少碳排放；3中国数据中心能效研究报告1.3数据中心的建设及扩张趋势数据中心用能现状及问题n发展趋势数据机房投资年增长率25%耗电量年增长率10%15%服务器功率增长，散热密度急剧增加11ASHRAETC9.9.数据处理环境热指南.杨国荣,陈巍,王振华,译.2版.北京:中国建筑工业出版社,2010.1.4数据中心能耗结构数据中心用能现状及问题n能耗构成主要能耗：信息设备、空调系统其他能耗：电源系统、照明等n辅助设备能耗高信息设备（43%）空调系统（47%）、供电系统（8%）辅助设备所占比例过高1.4数据中心能耗结构数据中心用能现状及问题PUE（Power Usage Effectiveness）是一个衡量数据中心全年耗能情况的指标。

数据中心每年总能耗每年IT设备能耗=机械设备能耗+电气设备能耗每年IT设备能耗PUE=机械设备能耗：机械设备能耗：u制冷系统（冷水机组，水泵，冷却塔，CRAC空调压缩机）u 风能能耗（CRAC/CRAH 送风风机）u 通风系统（风机盘管，空调箱）u 加湿系统，加热系统（空调箱，精密空调）注：1.5数据中心能效指标数据中心用能现状及问题nPUE=数据中心年总耗电量/信息设备年耗电量北京市数据中心机房PUE情况PUE1.52.02.02.52.53.03.0合计机房数（座）7165937比例18.92%43.24%13.51%24.32%100%n国内大部分数据机房PUE2.0有少量PUE在1.70附近的大型数据机房n国外欧美国家相当数量的机房PUE2.0先进的机房PUE1.70Google的机房(类型特殊)PUET时，可以用室外冷源排热l当芯片温度室外冷源温度T时，需要运行制冷机，提供不足的T，以满足排热要求lT越小，可以利用自然冷源的时间越长；在必须启动冷机时，要求冷机提供的T也越小，从而冷机功耗小l怎样减少T？或者是怎样降低排热系统的等效热阻R？是充分用好自然冷源的关键2.2数据中心热量采集过程数据中心排热过程分析n典型架空地板送风方式冷通道温度分布热通道温度分布机柜局部温度分布2.2数据中心热量采集过程数据中心排热过程分析传统数据中心散热形式1.运行时间长（全年不间断供冷）2.送风参数相对稳定3.高显热潜热比（显热负荷与潜热负荷之比通常大于0.95）4.大风量，小焓差模式5.耗电量大6.气流组织复杂n传统集中式送回风方式存在的弊端2.3冷源过程数据中心排热过程分析n选择合适的冷源形式风冷：干球温度蒸发冷却：湿球温度间接蒸发冷却：露点温度风冷（冷源为室外干球温度）蒸发式冷却（冷源接近室外湿球温度）间接蒸发式冷却（冷源接近室外露点温度）目录1.数据中心用能现状及问题2.数据中心排热过程分析3.数据中心能效评价指标及节能途径4.数据中心节能技术应用案例5.结论与展望3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径n气候类型、制冷形式影响数据中心制冷系统能耗nIT负荷率、规模、安全等级影响数据中心整体能耗n各影响因素带来的数据中心能效差异如何评价？3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径GB50178-1993建筑气候区划标准n能效如何比较？规模不同安全等级不同气候类型不同制冷形式不同n解决方案将各因素对PUE的影响进行精细化考量分析不同条件给各个分系统带来的PUE变化将条件变化对各分系统的影响叠加后，作用于整体的基准PUE3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径1寒冷地区、空气冷却式、安全等级B、负荷率100%、中等规模数据中心设定评价基准：PUE=22单一系统因不同条件引起的PUE差值累加例：将气候条件、安全等级、负荷率等的变化对制冷系统、UPS等能耗的影响分别进行计算3不同系统PUE差值累加例：将制冷系统、UPS、照明等的PUE变化差值进行累加，并作用于基准PUE值4条件变化后的PUE评价指标例：严寒地区、空气冷却式、安全等级A、负荷率25%、小规模数据中心3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径100%25%50%75%n负荷率n负荷率直接影响IT设备能耗，制冷负荷的改变又会影响压缩机及输配系统能耗3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径n安全等级B级C级A级n安全等级涉及冗余设施的配备，对安防设备等的要求3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径不同地区数据中心空调系统全年能效比AEER3.1数据中心能效评价指标数据中心能效评价指标及节能途径29n数据中心能效综合评价指标修正值单一条件变化的能耗要求修正量压缩机加湿新风IT设备UPS供电照明其他辅助用房安全等级A000.02000.140000.02000.180B0000000000C0-0.020-0.0600-0.023-0.0040-0.0100-0.117气候条件（水冷）严寒-0.145000000-0.145寒冷-0.124000000-0.124夏热冬冷-0.058000000-0.058夏热冬暖0.0180000000.018温和-0.069000000-0.069气候条件（风冷）严寒-0.018000000-0.018寒冷00000000夏热冬冷0.0240000000.024夏热冬暖0.0510000000.051温和0.0120000000.012负荷率2500.1200.24000.3180.0360.0600.0600.1300.9645000.0400.08000.1090.0200.0200.0200.0500.3397500.0130.02700.0010.0070.0070.0070.0230.0841000000000000其他0000000000根据安全等级、气候条件以及负荷率对PUE指标进行修正。

修正值查表算例：严寒地区A等级水冷式75%负荷数据中心3.2分离式热管数据中心能效评价指标及节能途径n热管技术热管技术是利用工质相变可实现远距离传热、装置适应性和密封性好等诸多优点n数据机房热管排热系统基于分离式热管的数据机房自然冷源利用设备通过室内外的自然温差实现循环排热传热能力强、能耗低、可靠性高、环境适应性强3.2分离式热管数据中心能效评价指标及节能途径n列间热管n参数：风机N+1配置即插式风机，便于维护列间热管安装于机架旁，占用机房空间（300mm）风机具有调速功能采用高温冷冻水（12以上），无凝结水制冷冷媒为R22、R134a、R407c3.2分离式热管数据中心能效评价指标及节能途径n顶置式热管n参数：吊顶式热管安装于机房的冷通道上方，不占用地面空间风机具有调速功能采用高温冷冻水（12以上），无凝结水制冷冷媒为R22、R134a、R407c3.3机柜级冷却数据中心能效评价指标及节能途径n以机柜为单位进行冷却：换热器安装在机柜内，就近带走热量n避免局部热点，增强散热能力n可实现冷量按需分配n换热器安装位置灵活：侧背板机柜前后双背板机柜后背板机柜n工质选择：水（存在安全隐患）氟利昂3.3机柜级冷却数据中心能效评价指标及节能途径n理论方法运用热管分布式冷却方法定量描述了系统各环节耗散成功解决了掺混和发热不均匀的问题3.3机柜级冷却数据中心能效评价指标及节能途径n运行原理示意图n产品外观图供冷量：315kWn优点不占用机房原地面空间机房按需供冷，机房无局部热点风机功耗小提供100kW冷量，风机功率2kW100kW精密空调的室内风机功率为67kW3.4芯片级冷却数据中心能效评价指标及节能途径n热管接入服务器带走cpu所占的60%的热量。

n其余40%热量由机柜前后两个背板换热器散出n无水，无泵，维护方便，造价与能效比水冷的方案更优换热器n双级回路热管系统3.4芯片级冷却数据中心能效评价指标及节能途径n双级回路热管系统3.5自然冷源利用数据中心能效评价指标及节能途径n直接自然冷源利用n优点：直接利用自然冷源，结构简单n缺点：灰尘、湿度、滤网维护、空气中微量硫氧化物对IT原件腐蚀直接通风带来对IT元件的腐蚀（微量SO2腐蚀）3.5自然冷源利用数据中心能效评价指标及节能途径n间接自然冷源利用n优点：通过换热器换热，避免了直接引入室外空气而给室内环境带来的影响n缺点：风阻大，风机能耗过高体积相对较大，与室外联系过多换热器容易堵塞，需经常更换过滤网，增加了机房的维护量 3.5自然冷源利用数据中心能效评价指标及节能途径n自然冷源与蒸气压缩循环结合系统运行模式示意图n优势：1.风机数量无需增加，模式切换无需阀门2.两循环相对独立，杜绝润滑油掺混3.管路简洁，加工方便4.过渡季两循环共同运行n两循环并联，三种运行模式：分离式热管模式蒸汽压缩制冷模式双循环模式3.5自然冷源利用数据中心能效评价指标及节能途径n自然冷源与蒸气压缩循环结合n系统性能n年运行时长计算结果n北京地区数据中心传统与复合型制冷系统能耗指标CLF全年对比图（黑：传统蒸汽压缩制冷空调 红：复合空调）3.6分布式系统数据中心能效评价指标及节能途径n分布式冷却系统：减小温差损失，提高冷源温度分离式热管将机架和冷水直接连接，温差损失小，冷源温度高 均匀分配冷量，消除局部热点热量传递和冷量输配由空气改为热管（输配能耗小）通过支管将制冷剂“按需分配”给末端换热器避免大风量送风不均匀，消除局部热点温湿度独立控制热负荷：利用工质相变带走服务器散发的热量湿负荷：实时监测机房环境湿度，根据机房要求判断加湿或除湿3.6分布式系统数据中心能效评价指标及节能途径n温度控制采用分离式热管解决机房显热排放问题，将蒸发端直接安装在机柜内部，就近排走机柜发热量，通过流量调节，可达到按需分配，适应机房发热不均一的特点。

n系统特点热管排热能力高，可适用于高发热密度机柜；提高送风温度，保证机房不发生结露现象；减少甚至杜绝气流掺混现象，缩短机房排热流程；可有效利用自然冷源，降低机房能耗3.6分布式系统数据中心能效评价指标及节能途径n多级式：采用多。