機房擴容節(jié)能改造方案

1、XX省社保中心機房擴容節(jié)能改造方案美國CPI公司上海辦事處2011年6月目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 機房現(xiàn)存的問題3CPI節(jié)能技術(shù)以及在該項目中的應(yīng)用5網(wǎng)絡(luò)機房的改造5 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document CPI被動型數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)簡介7 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 服務(wù)器機房改造7 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 節(jié)能改造經(jīng)濟效益分析10 HYPERLI

2、NK l bookmark13 o Current Document 附錄16.風(fēng)機理論16.冷水機組能耗表16一.機房現(xiàn)存的問題?我們于2011年6月1日下午對XX省社保數(shù)據(jù)中心進行了實地勘察。該數(shù)據(jù)中心于2008年建設(shè)完成。雖然已是3年的舊機房，但是該機房具有高可靠性，高效和高易用性的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心。在管理上也具有著比一般機房優(yōu)秀的管理制度和管理系統(tǒng)。該機房目前配有機房備有2臺空調(diào)機，冷量為90.8kw每臺。為一主一備配置?機房共有網(wǎng)絡(luò)機柜5臺，服務(wù)器機柜12臺。機房配有2臺UPS,額定負(fù)載為120KVA,目前機房總密度為UPS額定負(fù)載的48%。機房總密度為120KVAx0.9x0.9x48

3、%=46KW。該機房的擴容改造目標(biāo)為目前的密度的一倍，即90kw左我們在實地勘察中在技術(shù)上發(fā)現(xiàn)了如下的問題：1.機房未按照冷熱通道布局排列。該機房機柜前部對后部方式排列。這不符合國際國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.機房空調(diào)機送風(fēng)溫度約為15度。造成能源大大的浪費。3.機柜列中有縫隙，機柜后部的設(shè)備熱回風(fēng)通過機柜列中的縫隙向冷通道擴散.機柜為使用盲板.地板過線孔沒有密閉以及部分通風(fēng)地板防止位置不正確，造成空調(diào)機冷送風(fēng)的浪費現(xiàn)象6.機房面積過于浪費，每平方米功率密度小7.網(wǎng)絡(luò)機房缺乏必要的理線設(shè)施，對今后纜線管理，增加和變更纜線時造成困CPI節(jié)能技術(shù)以及在該項目中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)機房的改造針對網(wǎng)絡(luò)機房的高密度

4、布線的需求，我們可以采用目前國際上最常用的開放式機架配合垂直理線架這種方式。開放式機架系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)19”寬雙立柱結(jié)構(gòu)，比起傳統(tǒng)的機柜占地面積更小。在兩邊配有手指型垂直理線架用于管理布線纜線。該開放式機構(gòu)便于纜線的安裝，管理和移動等等。該方案已經(jīng)成為國內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)布線的標(biāo)準(zhǔn)。高密度銅纜布線L,flf.FE.iiwEIETM書M.F卸f%EVuar*fefh顏色管理垂直理線架細(xì)節(jié)機房效果CPI被動型數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)簡介cpi被動冷卻？解決方案將提供卓越的設(shè)備冷卻性能，同時降低數(shù)據(jù)中心的冷卻能源成本。CPI的TeraFrame?系列機柜的被動冷卻技術(shù)將有助于降低數(shù)據(jù)中心的運行成本，實現(xiàn)空調(diào)機

5、制冷效率最大化，同時將對環(huán)境的影響降到最低，使得CPI被動冷卻解決方案成為了一種簡單高效的選擇。全面可配置的機柜設(shè)計將允許根據(jù)數(shù)據(jù)中心的需求變化選擇最適合的可選項目和配件?？諝鈸醢逄准?、卡入式填充板、高流動性的79%多孔金屬門和門密封套件旨在確保使冷空氣流經(jīng)機柜中的設(shè)備并且同時防止熱空氣返回到設(shè)備的進氣端。對于高密度應(yīng)用，CPI的垂直排風(fēng)管系統(tǒng)提供了史無前例的制冷性能，支持32kW或更大功率。該系統(tǒng)包括垂直排風(fēng)管、氣流分流器、實心后門和后門密封套件。在同時使用空氣擋板和填充板密封所有開放空間時，冷空氣將進入機柜并流經(jīng)設(shè)備，然后通過垂直排風(fēng)管將空氣排入吊頂中。該系統(tǒng)將把熱廢氣與數(shù)據(jù)中心隔離開來，

6、從而為所有設(shè)備提供了一致的冷空氣進氣溫度。服務(wù)器機房改造在本次機房改造項目中，我們提議使用被動型垂直排風(fēng)管機柜。該機柜包括包括如下附件：?機柜系統(tǒng)：600mmx1200mmx42U,機柜前后門通風(fēng)率為79%,所有纜線出入孔附有毛刷狀封閉裝置以防止機柜熱空氣的泄露?機柜頂部帶有垂直排風(fēng)管連接至天花板?盲板。由于密閉未安裝設(shè)備的空U位置已防止熱空氣從該位置回流?機柜前部空氣擋板。普通及柜設(shè)備安裝角規(guī)和側(cè)門之間沒有任何隔離措施，可能在熱密度高的時候造成機柜局部過熱問題，如下圖：D熱空氣F J回10b 12!力丸44制CPI在本次項目改造中，充分考慮到這點，在機柜前部加裝了內(nèi)部空氣擋板來隔離熱回風(fēng)，起

7、 到的效果比使用盲板更徹底。下圖為安裝后的示意圖：?手指狀垂直理線架成功案例-美國某數(shù)據(jù)中心.節(jié)能改造經(jīng)濟效益分析按照XX社保的擴容的需求，擴容后的密度為目前的密度一倍左右即為90Kw左右。經(jīng)預(yù)估該機房將需要服務(wù)器機柜19臺，每臺機柜密度為4Kw,服務(wù)器機柜總熱密度為76Kw,散熱所需的風(fēng)量為20,363CMH。IBM機柜為2臺，每機柜熱密度為5KW,總熱密度為10KW,散熱所需的風(fēng)量為2679CMH。存儲機柜為2臺，每機柜熱密度為1KW,總熱密度為2KW。散熱所需風(fēng)量也536CMH。按目前的機房空調(diào)配置，空調(diào)機的制冷量為90.8KW,小于預(yù)估擴容88KW的熱密度，完全可滿足機房散熱的需求。但

8、是該空調(diào)機的送風(fēng)風(fēng)量為23578CMH,小于機房散熱的需求。不能滿足散熱需求。經(jīng)計算機模擬機房氣流分析報告顯示，該機房存在過熱的問題，即目前的空調(diào)系統(tǒng)不能滿足擴容的需求。下圖為機房氣流組織模擬的機柜進風(fēng)溫度圖。圖中可看出部分機柜的進風(fēng)溫度高于TIA-942的設(shè)備進風(fēng)溫度25度的標(biāo)準(zhǔn)。在88KW的擴容目標(biāo)下，我們采用CPI被動式數(shù)據(jù)中心散熱解決方案-垂直排風(fēng)管系統(tǒng)機柜。在機房空調(diào)系統(tǒng)不做任何的改造的前提下，我們通過CFD發(fā)現(xiàn)該機房無過熱的問題。CPI垂直排風(fēng)管機柜完全，物理的，徹底的隔離的機房冷熱空氣的混合。所有熱空氣被排入天花吊頂中。雖然，空調(diào)的送風(fēng)風(fēng)量不能滿足機房散熱的需求，我們需在天花上開

9、有通風(fēng)孔，將一部分天花上的熱空氣回送入機房，但是由于機房充滿了冷空氣，一小部分的熱空氣經(jīng)會造成機房沿天花部分的溫度略微高。但是機柜的進風(fēng)溫度完全滿足25度的標(biāo)準(zhǔn)。下圖為CPI垂直排風(fēng)管機柜的CFD模擬圖。下圖為熱空氣被隔離至天花上的氣流流向圖匚向.EduailTlC經(jīng)對比這兩種方案，我們得出如下結(jié)論：?普通冷熱通道布局?jǐn)?shù)據(jù)中心由于冷熱空氣相混合并空調(diào)機送風(fēng)風(fēng)量不夠，造成熱點。?普通冷熱通道布局?jǐn)?shù)據(jù)中心，空調(diào)冷送風(fēng)溫度約為11.8度?使用垂直排風(fēng)管機柜，有一定的熱回風(fēng)從天花板上泄露至房間，當(dāng)由于房內(nèi)充滿冷送風(fēng)，機柜無局部過熱問題?使用垂直海風(fēng)管機柜，可將空調(diào)冷送風(fēng)溫度提高至23度由于88kw的普

10、通冷熱通道有熱點，我們只能將其熱密度降低，并建立一個可工作的機房環(huán)境，并由此基礎(chǔ)上作出我們經(jīng)濟效益的分析我們將機房預(yù)估擴容目標(biāo)從88KW降低至I66KW,即作出如下調(diào)整：?服務(wù)器機柜19臺，按每機柜密度從原來的4KW降低到3KW,總密度為57kw,散熱所需風(fēng)量為15,272CMH?IBM機柜2臺，按每機柜密度5kw,總密度為10kw,散熱所需風(fēng)量為2,679CMH?存儲機柜2臺，按每機柜1kw,總密度為2kw,散熱所需風(fēng)量為536CMH?機房散熱風(fēng)量需求為18,487CMH,空調(diào)機的實際送回風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH但是，經(jīng)CFD模擬我們還是發(fā)現(xiàn)機房垂直過熱的問題。主要原因為機房垂直冷熱空氣相

11、混合的問題。下圖為擴容至66KW時的機柜進風(fēng)溫度圖。在此基礎(chǔ)上我們只能在此降低機房擴容的目標(biāo)為59.5KW,即為如下更改：?服務(wù)器機柜19臺，按每機柜密度從原來的3KW降低到2.5KW,總密度為47.5kw,散熱所需風(fēng)量為12,727CMH?IBM機柜2臺，按每機柜密度5kw,總密度為10kw,散熱所需風(fēng)量為2,679CMH?存儲機柜2臺，按每機柜1kw,總密度為2kw,散熱所需風(fēng)量為536CMH?機房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,空調(diào)機的實際送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH我們發(fā)現(xiàn)機房仍然略微存在過熱的問題，勉強符合TIA-942的規(guī)定。如下為機柜進風(fēng)溫度圖。在此可行的擴容目標(biāo)下，我們在擴容

12、至69.5KW時作出普通冷熱通道和CPI垂直排風(fēng)管機柜之間機房空調(diào)能耗對比。該對比包括如下內(nèi)容：?機房空調(diào)（空氣處理單元）用電分析：冷熱通道布局與煙囪機柜布局對比?水冷機組用電分析：冷熱通道布局與煙囪機柜布局對比?投資回報由于社保不能提供海洛斯空調(diào)無法提供具體空調(diào)系統(tǒng)的能耗值，我們由于無法得知海洛斯空調(diào)具體參數(shù)，我們使用目前市場上能效最低的STULZ系列空調(diào)來計算。我們選取STULZ1100CWE來測算，送風(fēng)風(fēng)量為22,000CMH下圖為STULZ空調(diào)機官方技術(shù)參數(shù)：CyberAir2CW1Eunite(1ch*vdwaterdnutt)4005flQ74094Q9M1100“Airflowi

13、n16.5008.50010,00013,000l$,80地000195gT工oq1CW富溫?zé)烾p黑煙姐祝l,vWJtefu?唧OQlg?7X12C301輯Ml福17白H47CWcodingcapxity(senriMe產(chǎn),Afltpr7a若311蛤G54963-975.7五,6HydraulicptKkrtdhop,Watertemperaliwei?Pl36sa67353?367S3CWcooltngupMTy(WtaO1.1V制m;2七151c2383023795fileao765847CWcod哂口pad勺(Watertempeog：10*015*C23.63023571055.966

14、271.5797Hydradbcpressuredin3P,pWatermperalune10QJ5T工fi8109143普74106109TitEWsystem.downtlowMan部向-E*Pa430160450450&扣170湖j|uiMluiFdBA峪05144$.654535532622；Fanabsorbedpower*Q07t61.1315.13652STULZ該空調(diào)配有一個風(fēng)機，每小時耗電約為5.2KW。普通冷熱通道機房布局的空調(diào)機風(fēng)機能耗計算方式為：?機房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,空調(diào)機的實際送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH?空調(diào)機運行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，空調(diào)機耗電量為5.

15、2Kw?一年耗電量：5.2x24x365=45,552Kw?按每度電1.50人民幣計算，一年總耗電量為：人民幣68,328.00CPI垂直排風(fēng)管系統(tǒng)機柜布局的空調(diào)機風(fēng)機能耗計算方式為：?機房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,由于機房無冷熱空氣相混合，空調(diào)機只需送風(fēng)風(fēng)量為16,000CMH即可滿足機房冷卻的需求。?空調(diào)機的額定送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH,16,000/21,560=74%?空調(diào)機運行在74%負(fù)荷狀態(tài)下，空調(diào)機耗電量為：5.2Kwx0.74x0.74x0.74=2.1kw*（見附錄風(fēng)機理論簡介）?一年耗電量：2.1x24x365=18,396Kw?按每度電1.50人民幣計算，一年

16、總耗電量為：人民幣27,594.00由于該空調(diào)機為水冷空調(diào)。相比于普通冷熱通道機房，CPI垂直排風(fēng)管機柜將空調(diào)機冷送風(fēng)溫度從13度提升至23度。普通了冷熱通道機房由于機房內(nèi)部冷熱空氣相混合，空調(diào)機需送13C以避免機房內(nèi)部局部過熱現(xiàn)象。該機房空調(diào)機的設(shè)定值為回風(fēng)溫度23C.在這種情況下，冷水機組須將冷凍水降溫至7.5C0冷水機組的能耗計算如下：當(dāng)制冷機組需將冷凍水溫度降至7.5C時，移除每噸熱量需耗電620watts*（見附錄冷水機組能耗表）?機房總熱密度：59.5KW=17Ton?冷水機組總能耗：17x0.62x24Hx365D=92,330KW?每年耗電費用：RMB1.5x92,330KW=

17、RMB138,495.00使用煙囪機柜時，機房內(nèi)無冷熱空氣混合。我們可將空調(diào)的設(shè)定從回風(fēng)溫度改到送風(fēng)溫度。設(shè)備的進風(fēng)溫度即為空調(diào)的送風(fēng)溫度。在本設(shè)計中，空調(diào)的送風(fēng)溫度恒定在23C,以此得出冷凍水溫度為18.5C即可。冷水機組能耗計算如下：當(dāng)制冷機組需將冷凍水溫度降至18.5C時，移除每噸熱量需耗電380watts*（見附錄冷水機組能耗表）?機房總熱密度：59.5KW=17Ton?冷水機組總能耗：17x0.38x24Hx365D=56,590KW?每年耗電費用：RMB1.5x56,590KW=RMB84,885.00我們將這兩種能耗相加并對比：標(biāo)準(zhǔn)冷熱通道布局機房空調(diào)機每年電費：RMB68,32

18、8.00冷水機組每年電費：RMB138,495.00總費用：RMB206,823.00，煙囪栩出目布局機房空調(diào)機每年電費:RMB27,594.00冷水機組每年電費：RMB84,885.00總費用：RMB112,479我們得出在機房擴容至69.5KW時，我們每年至少節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)人民幣94,344。該計算是為機房建設(shè)完全基于TIA-942數(shù)據(jù)中心最佳實踐標(biāo)準(zhǔn)的，實踐情況中的機房建設(shè)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)。所以該能耗差值將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計算值。經(jīng)濟效益分析結(jié)論如下：?現(xiàn)有機房的條件下，擴容至原有基礎(chǔ)的一倍時，只能增加空調(diào)機才能完成（需新增加2臺已達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)3+1的冗余標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)垂直排風(fēng)管機柜系統(tǒng)，不需增加新的空調(diào)機。?使用CPI機柜可提升