機(jī)房空調(diào)選用風(fēng)冷和水冷比較

1、鄂爾多斯云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)劃空調(diào)研究分析報(bào)告（數(shù)據(jù)中心工作專家組討論稿）1鄂爾多斯云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)劃是以“云計(jì)算”技術(shù)為前提，立足目前技術(shù)現(xiàn)狀，考慮未來可能的技術(shù)發(fā)展，結(jié)合鄂爾多斯市資源優(yōu)勢和劣勢，站在整個(gè)園區(qū)整體的角度綜合權(quán)衡（綜合考慮整個(gè)園區(qū)在不同發(fā)展階段、及其各種業(yè)務(wù)類型并緊扣云計(jì)算這個(gè)主題）作出的。規(guī)劃時(shí)并沒有特別強(qiáng)調(diào)把整體PUE值作為衡最指標(biāo)，而是希望通過能效比這樣的衡最方法促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的高效運(yùn)行。但不論是PUE值還是能效比，都是一種后驗(yàn)式衡量方法，前期的規(guī)劃只能設(shè)定一個(gè)目標(biāo)，并不能做到與實(shí)際運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格保持一致。2制冷方案的選擇需區(qū)別機(jī)房內(nèi)和機(jī)房外，機(jī)房內(nèi)和機(jī)房外所使用的技術(shù)基本獨(dú)立，

2、機(jī)房內(nèi)的服務(wù)器只要能得到所需要的冷風(fēng)，并不介意機(jī)房外采用什么方式得到冷風(fēng)。常見成熟機(jī)房空調(diào)制冷技術(shù)大致有3種，（1）直接利用空氣循環(huán)將冷風(fēng)送入機(jī)房內(nèi)，與傳統(tǒng)的家庭用空調(diào)原理一致。此稱“風(fēng)冷機(jī)組”；（2）利用冷媒將熱帶出機(jī)房外，在室外將冷媒降溫再循環(huán)回室內(nèi)。根據(jù)室外冷卻方式分為兩種：a）利用風(fēng)機(jī)將冷媒帶出的熱帶走，此稱作“風(fēng)冷式冷液機(jī)組”；b）利用水塔蒸發(fā)將冷媒帶出的熱帶走，此稱作“水冷式冷液機(jī)組”。3不論是從實(shí)作角度、業(yè)務(wù)類型角度、核心技術(shù)角度來看，現(xiàn)在所提的云計(jì)算與傳統(tǒng)的IDC主機(jī)托管業(yè)務(wù)都有區(qū)別。從技術(shù)上講，IDC主機(jī)托管是非常低端的一類業(yè)務(wù)，它在未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍然會很有市場，但無法與云

3、計(jì)算技術(shù)提供的服務(wù)、解決的問題相比擬。自然，在能耗上、運(yùn)行效率上也會相對較差。4任何工程領(lǐng)域的技術(shù)革新、技術(shù)改進(jìn)，總會伴隨相應(yīng)的代價(jià)一一或者帶來建設(shè)/運(yùn)行成本的增加，或者帶來穩(wěn)定性可靠性方面的問題，等。工程建設(shè)只能重點(diǎn)考慮1,2個(gè)關(guān)鍵制約因素前提下兼顧其他方案的優(yōu)選來做設(shè)計(jì)。大型數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)對應(yīng)冷源形式的方案分析風(fēng)冷自然冷卻型與水冷型主機(jī)對比分析根據(jù)“云計(jì)算”的發(fā)展,大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展趨勢體現(xiàn)為“集中性”和“高可靠性”和“綠色節(jié)能性:為了給為大型服務(wù)器的提供穩(wěn)定的空調(diào)溫度工作環(huán)境，大型和超大型數(shù)據(jù)機(jī)房采用冷凍水型的精密空調(diào)或者宜接冷卻型盤管的綜介優(yōu)勢較明顯。以下就機(jī)房的冷源形式做方案分

4、析。機(jī)房集中冷源形式常采用方式為水冷式冷源或者風(fēng)冷式一體機(jī)冷源，并考慮節(jié)能，盡可能地利用自然界的冷源能量（冬季低溫時(shí)采用自然冷卻模式）.主要內(nèi)容風(fēng)冷式自然冷卻一體機(jī)形式水冷式冷源主機(jī)形式備注系統(tǒng)組成主機(jī)多臺風(fēng)冷主機(jī)多臺水冷主機(jī)T4機(jī)房，機(jī)組采用2N的冷源備用配置方案夏季冷卻設(shè)備主機(jī)的風(fēng)冷冷凝器直接和空氣換熱主機(jī)通過水冷冷凝器+冷卻水泵+冷卻塔和空氣換熱冷量儲存蓄冷罐蓄冷罐蓄冷量在15分仲左右冷凍水輸送冷凍水泵冷凍水泵冬季自然冷卻采用機(jī)組一體式的干冷器和板換實(shí)現(xiàn)制冷采用冷卻塔+板換實(shí)現(xiàn)制冷冬季冷塔運(yùn)行臺數(shù)為熨季的2倍冷卻塔冬季低溫冷效下降50%以上，冷卻水存儲不需要市政供水需要市政供水為單點(diǎn)水源

5、運(yùn)行模式夏季機(jī)械制冷機(jī)械制冷環(huán)境溫度15。以上過渡季（春秋）自然冷卻和機(jī)械制冷無縫切換機(jī)械制冷環(huán)境溫度15。（3到（TC區(qū)間冬季完全自然冷卻自然冷卻環(huán)境溫度6以下可靠性系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)簡單，故障率低成熟可靠的一體機(jī)定型產(chǎn)品系統(tǒng)復(fù)雜，多了一套冷卻水系統(tǒng)和冬季時(shí)面臨水塔的冷卻水和空氣接觸的防凍問題，故障點(diǎn)多風(fēng)冷機(jī)組的技術(shù)現(xiàn)在可以在高溫卜運(yùn)行，中東地區(qū)運(yùn)用廣泛運(yùn)行操作難易程度操作簡單，閉式系統(tǒng)，免運(yùn)維操作復(fù)雜，開式水系統(tǒng)（冷卻塔和冷卻水空氣接觸），需要定期投藥，清洗冷塔和水冷機(jī)組冷凝器冷卻塔的填料需要定期更換，接水盤需要定期換水，維護(hù)量大運(yùn)行效率夏季效率一般效率高環(huán)境溫度15久以上過渡季效率高，可以實(shí)

6、現(xiàn)部分自然冷卻效率一般無法實(shí)現(xiàn)部分自然冷卻水冷機(jī)組冬季效率更高，溫越低制冷效率越高效率較高，但是冷塔自然冷卻效率不會隨氣溫卜.降而增加，以及水塔耗電較大.加防凍電板熱耗電因?yàn)槔渌Q熱必須保證濕球溫度高于0場地安裝可以屋頂，花園機(jī)房內(nèi)復(fù)雜。冷卻水蒸發(fā)，補(bǔ)水量大，冬季開式水系統(tǒng)的防凍問題風(fēng)冷自然冷卻機(jī)組更行優(yōu)勢。并模塊化在線擴(kuò)容適用條件缺水地區(qū)，北方地區(qū)水源充沛地區(qū)，南方地區(qū)運(yùn)維水冷復(fù)雜，可靠性差自控標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，自控簡單輔助設(shè)備較多，自控系統(tǒng)復(fù)雜水冷可靠性低擴(kuò)展IT負(fù)荷增加機(jī)組室外放置，風(fēng)冷機(jī)組模塊化擴(kuò)展，簡易方便很難擴(kuò)展擴(kuò)容，調(diào)整較麻煩滿足用戶負(fù)荷從初期較小到逐年增加需要風(fēng)冷自然冷卻一體機(jī)組簡

7、介室外機(jī)配置數(shù)據(jù)中心機(jī)房負(fù)荷特點(diǎn)為全年24h運(yùn)行供冷，且負(fù)荷基本無變化，我們使用帶自然冷卻的風(fēng)冷冷水機(jī)組制冷的空調(diào)系統(tǒng)，在冬季或者過渡季節(jié)可采用節(jié)能運(yùn)行模式一一自然冷卻，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用并達(dá)到節(jié)能的目的。帶自然冷卻的風(fēng)冷一體冷水機(jī)組：風(fēng)冷機(jī)組可直接安放于屋頂或其他室外空間，省去了水冷式冷水機(jī)組所必備的冷卻塔、冷卻水泵及冷卻水管路系統(tǒng)。自然冷卻指的是在低環(huán)境溫度時(shí)可以不必啟動(dòng)壓縮機(jī)，利用外氣溫度自然冷卻換熱提供冷凍水，從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，切換過程完全自動(dòng)控制，不需要人工干預(yù)。自然冷卻在制冷中所占的比例FREE-COOLING037UJWW07oysEFRIOERAZIOSIEMECCANICAMECH

8、AMCALCOOINGTEMFSRATLR/iARIAE5TERNAOLTCOCRAiRTEWERATURE由上圖可知，在室外環(huán)境溫度13C時(shí)，自然冷卻部分開啟，隨著室外環(huán)境溫度的降低，自然冷卻在制冷中所占的比重逐步增加，到室外環(huán)境溫度低于2后，制冷完全采用自然冷卻運(yùn)行，壓縮機(jī)不必開啟，此時(shí)節(jié)能效果最為顯著。自然冷卻運(yùn)行的節(jié)能率oQUJ9arJMcsas(%)1C0-9070-2so46J0sos1015TEMPFRATURAARAK-EPKIAjpCUT300R亦7EWWQ孔='由上圖可知，隨著室外環(huán)境溫度的降低,使用自然冷卻功能時(shí)間增長，節(jié)能比例逐步增加,到低于2c后，節(jié)能率達(dá)到9

9、5%以上。風(fēng)冷自然冷卻三種工況原理圖帶自然冷卻的風(fēng)冷機(jī)組可以根據(jù)供水溫度設(shè)定值和空氣溫度實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，完全實(shí)現(xiàn)無縫切換運(yùn)行。安全、高效、節(jié)能。1-夏季工況：（傳統(tǒng)機(jī)械制冷）2-過渡季工況：（部分自然冷卻）3-冬季低溫工況：（全部自然冷卻）風(fēng)冷自然冷卻機(jī)組實(shí)際運(yùn)行照片和結(jié)構(gòu)示意圖（googl香港數(shù)據(jù)中心）安裝運(yùn)維簡單，可靠性極高三種最新空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方案T4空調(diào)傳統(tǒng)設(shè)計(jì):采用中央空調(diào)明今T4空調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)二角路均采用風(fēng)冷“怫冷牌機(jī)次T4空調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì) 一路傳統(tǒng)水冷. 一路風(fēng)冷自然冷卻優(yōu)知1T看一水務(wù).備拿斯風(fēng)冷候冷出水*3即B水隼加領(lǐng)省電.比少:1一%I回一2jEEM*4優(yōu)勢.ft*m.無水總計(jì)堂外

10、溫度低IH水二度開自自想冷卻也分系統(tǒng).1唯關(guān)于計(jì)算的幾個(gè)問題第一個(gè)問即：改成風(fēng)冷機(jī)組，用水量可以認(rèn)為是0.不存在還需500T/天的需求。故水費(fèi)減少應(yīng)該是5400X365X3.5=6898500元，實(shí)際運(yùn)行成本增加30274560-6898500=23376060元/年即原來的計(jì)算多了約100萬元/年。第二個(gè)問題：按照原文中的假定：風(fēng)冷式冷液機(jī)組耗電占服務(wù)器總功耗比為060.12(各種損耗)-0.10(UPS)=0.38,即文中認(rèn)為水冷式冷液機(jī)組的功耗應(yīng)占服務(wù)器總功耗的38%：水冷式冷液機(jī)組耗電占服務(wù)器總功耗比為0.48。12(各種損耗)-0.10(UPS)=0.26.即文中認(rèn)為水冷式冷液機(jī)組的

11、功耗應(yīng)占服務(wù)器總功耗的26%：即：風(fēng)冷式冷液機(jī)組比水冷式冷液機(jī)組在能耗上多出12%o我們認(rèn)為，風(fēng)冷式冷液機(jī)組的功耗占服務(wù)器總功耗的比例至少應(yīng)該可以做到0.31。風(fēng)冷式冷液機(jī)組的耗電量增加不應(yīng)該是12%而是5%。由此算得，年增加的用電成本應(yīng)該是96000X0.05X24X365X03=12614400.按水價(jià)3.5計(jì)算用水成本減少5400X3.5X365=6898500,總費(fèi)用增加：12614400-6898500=5715900。如果按水價(jià)7.0元計(jì)算，用水成本減少5400X7.0X365=13797000.總費(fèi)用增加12614400-13797000=1182600【即可節(jié)省100萬元左右工

12、*PUE值算法LN它及人可依如消兒ziPPS空調(diào)條統(tǒng)功北服務(wù)學(xué)總功，IPUE2=1.56謔務(wù)器總功耗服務(wù)器總加耗X元+谷器總功耗xo£+氤務(wù)器總功耗XL0、服務(wù)器趨功耗其中，各家爭議最大的就在于第項(xiàng)一一空調(diào)系統(tǒng)功耗占服務(wù)器總功耗的比例。第項(xiàng)的內(nèi)容與所選用的技術(shù)類型，設(shè)備廠家、設(shè)備型號、管理手段、機(jī)房布局、業(yè)務(wù)類型都有相關(guān)。這個(gè)值，我們實(shí)際測得是0.27,這里計(jì)算使用的是0.31。在規(guī)劃時(shí)使用了比031更高的值034,是為了保證電力的供應(yīng)規(guī)劃足夠安全。如果再考慮到風(fēng)冷自然冷卻在冬季，春季，秋季均比水塔式更節(jié)省耗電，以及運(yùn)維費(fèi)用幾乎為零，我們結(jié)論在北方地區(qū)風(fēng)冷自然冷卻更有前景第三個(gè)問題：

13、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心僅單純從建設(shè)角度考察運(yùn)行/建設(shè)成本是不完備的，應(yīng)把運(yùn)行成本的增加與具體業(yè)務(wù)類型聯(lián)系起來考慮，比如，同樣是主機(jī)托管機(jī)房，有的機(jī)房托管的是面向個(gè)人等低端用戶的單服務(wù)器托管業(yè)務(wù)，而有的機(jī)房則是面向銀行、保險(xiǎn)業(yè)等高端用戶的主機(jī)托管業(yè)務(wù)，這兩種類型的業(yè)務(wù)收費(fèi)，即利潤水平的差別非常大，高利潤業(yè)務(wù)對托管機(jī)房提出特殊需求應(yīng)屈正常，相應(yīng)地，增加一些運(yùn)行和建設(shè)成本，也符合實(shí)際。五、關(guān)于占地占地面積問廖風(fēng)冷式冷液機(jī)組可能會比水冷式冷液機(jī)組占有機(jī)房少的很多。更有優(yōu)勢。（取決于機(jī)房內(nèi)服務(wù)器裝機(jī)密度、設(shè)備廠商、型號的選擇、裝機(jī)成本等因素）。六、可靠性問題：水塔系統(tǒng)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)自控電路較多，閥門切換，需要專

14、業(yè)人員完成，而且水塔和機(jī)組對回水水溫進(jìn)行限制，冬季容易造成停機(jī)保護(hù)。供水系統(tǒng)和閥門是最大隱患，一旦停電或停水，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)全部停機(jī)，造成機(jī)房瞬間過熱，在我們專家組對中國各大部委金融系統(tǒng)大型IDC調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，過去幾年里.80%造成空調(diào)停機(jī)的原因均由于水塔或供水問題造成。七、關(guān)于風(fēng)冷式冷液機(jī)組和水冷式冷液機(jī)組的比較計(jì)算得到。以上計(jì)算只是基于一些假定條件下做的一種,實(shí)際情況并不能通過嚴(yán)格精確的理論事實(shí)是：風(fēng)冷式冷液機(jī)組和水冷式冷液機(jī)組的運(yùn)行條件是不一樣的，風(fēng)冷機(jī)組更容易通過控制風(fēng)機(jī)的起停實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的節(jié)能控制。因此，查看別人的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)術(shù)研究文章應(yīng)更有參考價(jià)值。1,美國特靈公司曾做過水冷離心式冷液機(jī)組和風(fēng)冷離心式冷液機(jī)組在全負(fù)荷和部分負(fù)荷時(shí)的耗電量比較,現(xiàn)將該比較結(jié)果以制冷帚1160kw（330USRt）為基礎(chǔ)整理列出如卜.表，供參考。IWO»»一冷也一46MISO1T4M11.一Sit2WW46.nomM冷.一HMMu1MI