绿色机房改造项目方案建议书.docx
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绿色机房改造项目方案建议书
绿色机房改造项目
方案建议书
4.5配风地板单元……………………………………………………………………………………………………………………………………-17-
1、数据中心能耗概述及设计标准
1.1数据中心耗能
美国环境保护署(EPA)的报告指出:
2006年美国数据中心全年累计消耗610亿度电(61billionkWh),这一数字相比2000年增加了两倍多。
占全美当年总耗电量的1.5%,电费约45亿美元,约等于580万个美国家庭平均用电量。
照当时的速度发展,2011年将接近翻倍,消耗1000亿度电。
而在中国,数据中心的能耗同样惊人。
据分析数据中心在2009年耗电达到364亿度,大约相当于全国能耗的1%。
2011年数据中心耗电将达到近500亿度。
在数据中心的总能耗里,IT设备能耗占51%,通风空调系统占到35%,照明及其它能耗占14%。
IT设备的能耗往往取决于企业对设备本身的工作负荷需求,除此之外的环境控制系统(通风空调系统)占有的能耗比重相当大。
可见数据中心环境控制系统的节能优化是整个数据中心节能研究的重要组成部分。
图1中国数据中心能耗走势图
1.2参考标准
(1)YD/T1821-2008《通信机房环境条件》;
(2)GBJ19-87《采暖通风与空调设计规范》;
(3)YD/T282-2000《通信设备可靠性通用实验方法》;
(4)GB50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》;
(5)GB50411-2007《建筑节能工程施工质量验收规范》;
(6)GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》;
1.3技术指标
根据业主技术规范要求,所设计节能系统满足表1要求:
项目
配置
环境要求
设备应在下述条件下连续工作满足其所有性能指标环境温度:
15℃~55℃,相对湿度:
≤95%(25°C时)
蒸发量
≤循环水流量的0.8%
飘水率
≤循环水0.1%
排污量
≤循环水量的0.3%
安装位置距离
0.3-0.5m
工作电压
220V±15%
工作频率
50Hz±5%
底座材料
不锈钢板
噪音
≤40dB
防护等级
IP55
2、项目描述
2.1机房现状
生产机房207m²,其中主机房187㎡,监控室20㎡。
主机房包含6台精密空调,监控室安装有一台舒适空调。
同城灾备机房270㎡,其中主机房130㎡,网络机房56㎡,电源室19㎡,操作间65㎡,安装有5台空调。
2.2节能分析
2.2.1原理分析
设置多台机房专用空调机的机房,空调机运行是根据机组本身回风温度状态,自动进行相应的制冷、加湿、加热运行。
因每台空调机负担区域大小和负荷的不同,会造成空调机运行状态不同,甚至相互矛盾,竞争运行,增加空调运行费用,降低空调机能效。
机房下送风空调系统冷热通道虽被多数机房设计者所采纳,但冷热风空调自适应送风的短路(回流、漏流)和横向混合(旋流、涡流)现象依然十分严重。
机柜冷热风短路现象如下图所示,可见热通道内的热气团分压力较高,会从机架顶部压至机架前面,而且机架的空U位也会导致热气漏流到机柜前端。
空调自适应送风控制节能系统采用集中控制、对多台空调机组联网并实现智能协同运行。
根据机房环境的情况,结合机房内不同区域空调冷负荷变化特点,自动监控和自动调节送风量,均衡机房内温度分布。
空调室外机潜热冷却设备可给室外机提供一个冷环境,空调外机进风温度降低,冷凝温度降低,空调效率提高,达到节能的目的。
以上综合节能率达到35%以上。
2.2.2数据分析
APC空调回风温度
1号空调回风温度
2号空调回风温度
3号空调回风温度
4号空调回风温度
5号空调回风温度
上述为6台空调回风温度曲线,从曲线上看,APC空调回风温度稍高,其它的均在22℃-23℃之间,回风温度较低,节能空间很大。
动环1温度点
动环2温度点
动环3温度点
动环4温度点
动环5温度点为配电间温度点,不计入机房范围,从机房内动环温度点反应的情况来看,集中在24℃以下,机房要求工作温度为28℃,有4-6℃的提高空间。
机房采用地板下送风的送风模式,气流组织分布不均,采用空调自适应送风控制系统结合配风地板单元,可有效提高空调的制冷效率。
据上分析,该机房如果整体温度能够提高到设备安全运行范围内,即环境温度28℃内。
(该设定温度可以通过远程管理系统远程下达,即时生效执行),并结合配风地板提高空调制冷效率,即设备送风温度依然为空调制冷温度。
节能率约为20%-30%。
2.3项目目标
本次机房空调自适应送风节能改造及室外机潜热冷却的实施,实现如下目标:
Ø机房环境温/湿度,空调运行状态监测与控制,并异常告警;
Ø空调群控运行,达到节能目的;
Ø自适应送风系统运行参数灵活调整,开/关自适应送风系统,设定控制温度;
Ø配风地板单元机解决气流组织问题和机柜局部过热问题,提高主机设备运行环境的安全性;
Ø安装潜热冷却设备,实现空调节能目的;
Ø节能计算,分析空调自适应送风节能改造后节能效果;
Ø生成能耗统计分析报表,能耗对比分析报表。
2.4节能估算
2.4.1实测数据
下表为7月6日至7月20日的实际运行数据:
(单位:
度)
时间
空调1
空调5
空调2
空调6
空调3
空调4
合计
2014/7/6
186.299
208.817
180.643
365.173
165.546
195.031
1301.509
2014/7/7
193.475
212.063
181.286
278.752
163.769
204.151
1233.496
2014/7/8
191.082
218.083
185.129
263.475
166.947
200.067
1224.783
2014/7/9
190.344
220.256
186.231
266.897
168.675
202.654
1235.057
2014/7/10
187.983
230.937
190.234
322.493
169.463
200.541
1301.651
2014/7/11
171.433
235.581
187.83
215.252
170.961
194.439
1175.496
2014/7/12
172.38
234.078
192.164
215.751
168.426
195.4
1178.199
2014/7/13
172.46
237.643
193.137
216.421
172.258
200.458
1192.377
2014/7/14
180.776
230.31
191.105
216.069
171.338
203.245
1192.843
2014/7/15
181.555
223.847
187.937
215.04
169.979
202.531
1180.889
2014/7/16
196.08
206.591
184.09
212.688
165.579
191.679
1156.707
2014/7/17
203.319
207.457
184.156
213.141
162.619
196.611
1167.303
2014/7/18
212.466
208.638
181.12
215.466
170.198
198.133
1186.021
2014/7/19
231.213
214.36
185.789
218.273
174.859
210.264
1234.758
2014/7/20
237.52
215.583
187.942
218.549
176.639
218.822
1255.055
18216.144
2.4.2全年估算数据
月份
预计能耗数据(单位:
度)
1月
27324
2月
29145.6
3月
30967.2
4月
32788.8
5月
34610.4
6月
36432
7月
36432
8月
34610.4
9月
32788.8
10月
30967.2
11月
29145.6
12月
27324
总计
382536
备注:
1、7月份数据根据实测的数据计算得来;
2、1-12月份能耗数据根据经验推算得来,6、7月份耗能最高,其它月份依次降低5%。
例如5月比6月耗能降低5%,8月比7月耗能降低5%,依此类推。
2.4.3节能估算
序序号
全年能耗(度)
电费单价(元/度)
全年电费(元)
自适应送风节能率
自适应送风节电费(元)
潜热节能率
潜热节电费(元)
总节电费(元)
1
382536
0.95
363409.2
25%
90852.3
20%
72681.84
163534.14
整体节能率:
35%-45%
3、潜热冷却节能原理
3.1潜热冷却节能原理
在空调外机布置水帘后,非饱和空气加湿,沿等焓线至饱和过程中,水分子蒸发吸热,空气温度下降,使得进入冷凝器的冷却空气温度下降,从而降低压缩机的功耗,如图3所示,其在焓湿图上表现为A点向B点的变化,其对应的纵坐标即为非饱和空气温度与等焓加湿后空气的温度(即干球温度与湿球温度),其间的温差即为水帘新风所发挥的作用,即降低冷凝温度,减小空调机组的能耗,通过水帘新风进行空调室外机的节能改造,其节能效果可从压-焓图上表现(空气调节与制冷技术),如图4所示:
图3温湿图上干湿球示意图
图4压缩式制冷节能改造前后压焓图
安装室外机冷却冷却节能装置前:
制冷设备逆卡诺循环在压焓图上表
示为:
1→2→3→4→1。
其中1→2是压缩段,2→3是冷凝段,3→4是节流膨胀段,4→1是蒸发段;
安装室外机冷却冷却节能装置后:
其逆卡诺循环在压焓图上表示为:
1→2′→3′→4′→1———2下移至2′,压缩机转入轻载运行,电机轴功率降低,电流相应下降,其电力耗功W变小了;3下移到3′,增加了冷媒单位产冷量,4移至4′,进入蒸发器的每千克冷媒的产冷量Q0增大了。
由此可知制冷设备的能效比(ε=Q0/W)提高,在相同的负荷情况下,设备有效地节能运行;
其中图4为理想运行曲线,实际工况需通过确定各个关键点来具体确定,
但节能效果可通过下式:
a.系统的冷量增加量为:
h4-h4’;
b.压缩机减少的输入功率为:
h2’-h2;
c.系统冷量增加产生的节能率:
(h4-h4’)/(h1-h4);
d.压缩机减少输入功率节能效率:
(h2’-h2)/(h1-h2)
e.系统总的节能率:
A=(h4-h4’)/(h1-h4)+(h2’-h2)/(h1-h2)
3.2相关计算及安装模型
3.2.1潜热冷却节能系统基本原理
潜热冷却节能系统的基本原理如图5所示,在泵组作用下,供水管向淋水盘供水,向水帘滤芯提供湿量,并通过水帘进入集水盘,当集水盘内水达到极限值时,电磁阀1启动,将集水盘中水排入水箱中,随着水帘滤芯水量的蒸发,水箱内水量不断减少,当水箱内水量减少到一定程度,在浮球作用下,水箱供水管向水箱供水,当泵组出现故障后,电磁阀2开启,直接向淋水盘供水,为保持水质,当系统运行达到规定时间后,电磁阀3开启,将水箱内污水排尽,并经过水箱供水管向水箱内供水,并进行投药(杀菌消毒药粉,保证水帘不滋生细菌)。
图5.节能系统原理图
3.2.2潜热冷却节能系统安装模型及系统功能
鉴于现场室外机型号及结构的不同,针对其结构进行前期设计与建模,对于PEX60双机结构或海洛斯双机结构室外机(立式),采用的系统结构如图6所示,对于PEX60单机结构,所采用的系统结构如图7所示,对于PEX60卧式双机结构,其系统结构如图8所示。
根据业主规范要求,所设计节能系统具备功能:
1)节能效率:
能够有效降低室外机冷凝温度,充分利用潜热转换,实现系统的节能效果;
2)安全可靠:
无大功率用电设备,运行平稳,并与冷凝器有效结合,改善冷凝器进风温度,延长冷凝设备的使用寿命;
3)防垢防噪:
水箱地不设置排水管,通过排水管上电磁阀的启停控制系统水质的更换,其启停间隔通过控制系统完成;
4)系统监控:
通过控制系统、人机界面自动控制,具备数据测量,控制设定,事件记录,状态监控及报警等功能;
图6.emersonPEX60双机节能改造模型(立式)
图7.EmersonPEX60单机节能改造模型(立式)
图8.卧式双机节能改造模型
3.2.3现场安装图片
4、空调自适应送风送风控制系统
4.1空调自适应送风控制原理
设置多台精密空调的机房,空调机运行是根据机组本身回风温度状态,自动进行相应的制冷、加湿、加热运行。
利用室外气温变化,自动改变空调合理运行所应有的温度和湿度设置值,减少压缩机工作时间,控制空调的总制冷量输出,做到“按需制冷、供冷”,节约空调的耗电量。
采用自适应送风节能技术,自动跟踪机房“各区域”的温湿度数据值,控制空调的“去湿”、“加湿”等功能,让空调始终处于合理的工作状态,避免做“无用功”,提高工作效率。
空调自适应送风控制系统技术特点:
安装简单,施工方便。
;
对机房结构没有任何改变,只需在多点安装采集计量设备与智能控制器,不影响原有空调系统结构;
改变原来每台专用空调的一个回风口温湿度监测点,为整个机房平面实时监测,提高温湿度动态数据的监测精度;
模糊控制技术:
自动跟踪昼夜、季节、地区、机房内区域环境温湿度值的变化。
准确计算设备各“区域”与外部环境温湿度值之间的关系;
动态调整空调的设定温度、湿度、修正值等参数,根据空调设备的实时运行状况,配以智能化的控制算法软件,优化压缩机运行周期,平衡空调设备供冷量与目标温湿度值之间的关系;
根据机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据,提高优化冷量利用效率,排列出空调优先资格顺序,达到冷量效率最大化。
机房下送风空调系统冷热通道虽被多数机房设计者所采纳,但冷热风气流组织的短路(回流、漏流)和横向混合(旋流、涡流)现象依然十分严重。
机柜冷热风短路现象如下图所示,可见热通道内的热气团分压力较高,会从机架顶部压至机架前面,而且机架的空U位也会导致热气漏流到机柜前端。
机柜间冷热风乱流后果可见下图所示,这会造成为数众多机房的IT机架上半部分处于热气团的包围之中。
又如下图所示机房高架地板内线槽等阻挡送风的障碍物也堵塞了冷气的输出,导致机架供应冷气风量风压严重短缺。
而机房内冷气回流和漏流主要是由于下送风机房空调为负压回风,机房中出现纵向的冷热气流短路现象均为送风侧向回风侧短路,送风流量的短路率可以达到30~50%。
气流短路造成了精密空调不得不提高标称工况制冷量30~50%的设计余量,造成用户一次投资的巨大浪费;同时普遍出现了空调机组运行过量、机房“过度冷却”的现象,造成运行费用居高不下,这些现象在中、高密度机房中尤为明显。
而且由于气流短路,空调系统输送风量有必要加大用以补充短路部分的风量(在主机增加的同时机房内风机总体输送的风量业已经相应加大),机房空调的送风机也因其24小时运行,造成一台空调机组中的风机每年实际耗电量并不亚于机组的压缩机电耗。
4.2产品组成
系统基本结构分为三层:
应用管理层、数据传输层、采集处理层。
应用管理层:
主要是智能监控系统(上位机),实现空调自适应送风控制器接入,远程监测机房环境与空调运行状态,调整自适应送风控制器与配风地板单元的运行参数,统计分析机房空调能耗情况。
数据传输层:
通过标准通讯协议,实现空调参数、自适应送风控制器、配风地板单元、环境温/湿度数据的远程通讯。
采集处理层:
包含机房空调、温/湿度采集器、配风地板单元以及自适应送风控制器。
主要完成机房内精密空调的接入,采集机房温/湿度环境和机房空调能耗数据,通过空调自适应送风控制器内设定的自适应送风控制逻辑,分析机房温/湿度环境,实现空调的智能控制。
4.3智能监控系统
智能监控系统主要是一个软件平台,采用TCP/IP通信协议,实现空调自适应送风控制器接入,远程监测机房环境与调整空调自适应送风控制器运行参数,并采集和统计分析机房空调能耗情况。
平台实现功能:
1)集中远程监测:
简单快捷的远程查看机房温/湿度与空调运行情况;
2)远程控制:
远程调节空调的运行参数,出现异常时可远程管理(如调节空调设定温湿度、启停空调等);
3)数据实时采集:
采集自适应送风控制器数据,实时监测空调运行情况与采集用电量,并应形成统计报表长期保存,用于机房环境、空调运行情况历史数据查询;
4)能耗数据分析:
能耗数据计算,分析空调用电量情况,评估不同空调负载;
5)节能计算:
调节空调自适应送风节能系统的开启和关闭,分析对比自适应送风节能系统开/关后能耗数据情况,进行节能量计算;
6)远程告警管理:
完善的告警及管理功能,准确反馈空调运行状态和机房内环境情况。
4.4空调自适应送风控制器
空调自适应送风控制器内置自适应送风节能控制逻辑,通过输入端口得到机房环境温湿度数据、设备的负载反馈,由控制逻辑依据PID算法得到空调设备合理的运行模式,再通过输出端口对空调设备进行控制。
同时自适应送风控制器还可接收远程控制命令对本地设备操作,本地设备报警应急处理,设备报警信息上传等。
主要功能:
1)控制器采用嵌入式系统,具备一定的存储空间,能够实现可编程逻辑控制(PLC)功能,能够在出现传输异常情况下自行运作;
2)提供相对通用的空调通信协议转换器,具有开放接口可以对接不同品牌的智能空调设备。
空调通信协议转换器应实现对空调数据的读取,将空调内传感器的数据上传到智能监控系统;应实现对空调参数的修改,可本地、远程修改空调的运行参数,调整空调运行状态;
3)通信接口:
终端应提供RS-232/RS-485等标准通信接口,并根据现场情况进行扩展,接口将数据上传至智能监控系统或通信机房动力及环境监控系统;
4)系统应具有远程自启动并保存原有设置数据的功能,系统掉电重启后能恢复逻辑正常运行;
5)控制器应具备10个以上IO通道,用于现场环境温度测量;
6)控制器可现场配置,也可进行远程配置;
7)可实现本地管理,显示当前的环境和空调运行状态,并实现人机交互调节空调运行;
4.5配风地板单元
Ø根据测温探头探测的机柜设备进风口或局部区域温度,自动调整IDC机房配风地板的风量和风速;
Ø模块化设计,可以任意放置,使用灵活,可针对机房技术改造项目和新增服务器负荷的机柜单独设置;
Ø机房采用地板下送风方式,配有高强度防静电地板及高流量风口;
Ø送风效率为100%,冷热风短路率为0%(在IT机柜进气口端面形成冷风幕);
Ø可以根据IT设备及服务器运行情况,从0-100%分段调节输送的风量及风压,送风风压保证50%功率段的运行即可满足IT机柜顶部的冷却,可满足虚拟机和刀片服务器满配载应用;
Ø在冷通道上使用,减少冷通道尺寸和占地面积,增加装机密度和机柜有效利用面积;节约机房建设面积及业主投资;
Ø提高机房送风准确度及送风效率,能效比节约显著,经过精确的现场规划设计、参数设定后不会出现机房内靠近空调机组前端的IT机柜送风量过高、时间过长导致后端机柜送风较弱而产生不可估测的过热现象;
配风地板样式如图:
配风地板运行状况如图:
Ø配风地板在IDC机房中的适用状况示意图如下:
5、能耗综合管理和控制系统
能耗综合管理和控制系统平台对分布在各地的机房、楼宇等处的节能系统进行集中控制与管理。
实现实时数据采集,根据数据集中分析和评估,调整节能和安全运行策略。
软件操作简单、方便,实现快捷的管理节能系统。
能耗综合管理和控制系统特点包括:
1)轻松实现远程数据采集和节能技术的管控;
2)实时采集电表与控制器信息,了解节能状态,优化节能效果;
3)实现电表数据采集,实时进行节能量分析;
4)用电和节电量对比,让节能效果一目了然;
5)集中统一生成节能数据统计报表与节能效率对比报表;
6)具有完整的节能统计报表,可分析周、月、年节能效果;
7)智能分析设备运行状态,并对设备异常产生告警,记入档案;
8)多角度告警保证,确保问题的快速处理。
5.1能耗综合管理和控制系统的组网结构
系统组网结构图如下:
5.2能耗综合管理与控制系统功能界面
5.2.1.系统登录界面
系统采用C/S结构,通过客户端与服务器IP,即可实现系统远程连接,进行监控与查询。
5.2.2.控制站点信息管理
站点信息管理包括:
名称,地点,建设时间,性质(政府、集体、个人),建筑结构(砖混、钢混、板房),产权属性,面积等信息。
5.2.3.实时控制器信息采集
实时控制器信息用于室内设备运行状态,环境温度等。
控制器信息包括:
空调运行参数、室内各区域温度,室外温度等。
名称、日期、时间、控制模式(手动、自动)、空调状态、节能模式、区域温度。
以列表形式展示。
5.2.4.系统报表管理
1)实时电表信息
系统实时自动采集各耗能设备的电度数并保存。
2)日、月、年用电量信息
系统自动统计空调等设备日、月、年度用电量数据,并保存用于查询和对比分析。
3)节电量信息
系统自动统计生成各耗能设备每天、月、年的节电量,系统根据设定的节能量认定方法(默认为6+1模式)自动计算各节能设备的空调节能情况。
5.2.5.多维度统计分析、评估、报表
按照用户的定义随时进行多维度的统计分析并生成报表。
1)单节点分析
统计每天的用电量,并进行对比分析,清晰的了解站点每天的用电情况。
同时与节能量分析对比,使站点节电量一目了然。
2)多节点分析
用于多站点的对比分析,了解各个站点的用电情况,便于根据不同的站点制定节能管理计划,清楚节能达到最终目的和效果。
5.2.6.告警管理
通过软件、硬件与环境的告警,保证系统正常运行和节能效果;通过告警内容保证维护人员对问题的定位,提高问题的处理效率。
6、投资回报分析
6.1设备预算
节能改造预算表
单位:
人民币元
序号
产品名称
单位
数量
单价
金额
开发区9层机房:
机房空调自适应送风系统
1
空调自适应送风监控节能系统Ⅲ型主控系统带空调分项计量功能
台
1
35000
35,000.00
2
空调自适应送风监控节能系统Ⅲ型子控系统
台
6
15000
90,000.00
3
配风地板单元
台
15
3000
45000.00
3
温度传感器PT1000
个
21
30
630.00
4
温湿度一体传感器室内型
个
6
80
480.00
5
辅材
批
1
1550
1,550.00
6
安装调试费
1
5000
5,000.00
小计A
177,660.00
室外机潜热冷却装置
1
潜热冷却装置卧式APC
套
2
13500
27,000.00
2
辅材
批
1
1000
1,000.00
3
安装调试
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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