机房精密空调系统节能比较

2016-10-24 17:33:00

当前,耗能严重,随之产生各种水冷精密空调系统,在选择机房专用精密空调系统时,要因地制宜,使之能够适应当地气候。
  数据中心耗能问题实际上是很严重的问题,从走访结果看来,对于一般中低密度的企业数据中心(EDC),每年的单位面积电费大约在0.4-1万元人民币之间,对于一般的互联网数据中心(IDC),单位面积电费则在0.8-1.5万元之间。此单位面积电费是粗略地根据服务器耗电量计算得出的。
  数据中心的电能主要被两类设备消耗了:IT设备和机房设备。IT设备主要包括服务器、存储设备和网络设备;机房设备包括UPS、配电设备、线缆、空调机、新风机、加湿器、照明设备、监控设备等。从目前国内外的调查数据看,绝大多数数据中心中,机房设备的耗电要比IT设备的耗电高。
  在典型的数据中心中,空调系统消耗了45%的电能,UPS供配电系统消耗了24%的电能,照明系统消耗了1%的电能,IT得到的电能仅占30%。
  数据中心冷冻水空调系统解决方案
  在数据中心空调系统中主要分为风冷直接蒸发式空调系统、水冷直接蒸发式空调系统、冷冻水空调系统、双冷源空调系统等空调系统。
  以数据中心空调系统作为集中冷源的冷冻水系统,该系统与各自独立的直接蒸发式空调系统相比,制冷效率更高,设备更集中更少,运行更稳定,故障率和维护成本更低,国外众多大型数据中心普遍使用冷冻水空调系统。
  国内现在也有数据中心自然冷却冷冻水系统。它通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化,实现与机房内部空调气流组织的完美匹配,并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化,对冷冻水流量进行灵活的调节,将自然冷却的效益发挥到最大,始终使机组保持高效运行。此数据中心空调解决方案根据安装地区气候条件的不同,可以实现20%~50%的节能,使得运行费用大幅缩减。
  冷冻水空调系统包括不含冷源的冷冻水型机组和冷水主机。冷水主机分为普通冷水主机和自然冷却冷水主机。普通冷水主机一般安装在建筑物的屋顶外部,它们专为室外安装设计,不需要增加任何针对恶劣天气的保护措施。冷水机组按照不同冷凝方式可分为风冷和水冷两种。
  冷水机组工作原理
  以风冷冷水主机的工作原理是:携带室内热量的高温回水流入机组,进入壳管式蒸发器,被制冷剂盘管冷却,热量传递给制冷剂,由后者带到风冷冷凝器中,由风机驱动环境空气对其进行强制散热。
  自然冷却冷水主机的工作原理:当室外温度较低时,就可以利用冷空气冷却高温回水,不需要开启压缩机即可为空调室内机提供冷量,这种方法即为自然冷却方法。


  利用自然冷却效应开发的冷水主机即为自然冷却冷水主机,它与普通冷水主机最大的区别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管,旨在最先利用环境冷空气冷却盘管内的回水;另一个区别在于内部水循环系统的设计上,自然冷却循环利用三通调节阀将循环水路与自然冷却热交换盘管连接起来。
  如何选择水冷机组
  风冷直接蒸发式机组,适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所,可外挂或外置室外机(楼层不高,允许破坏建筑外观),系统简单,无须考虑配备水泵和冷却塔,也无需集中冷冻水系统为之服务。缺点为室内外机之前的管长受限,在室内外机之前接管超过60米时,需要根据实际情况采取解决方案。
  水冷直接蒸发式机组,适用于有集中冷却水系统的场所,机组能效比风冷式机组高,机组安装不受室外场地限制。
  双冷源机组具有直接蒸发式和冷冻水机组的双重优点外,同时还具有冷源相互备份的特点,当使用用户冷冻水资源时,只有冷冻水盘管换热,压缩机停止运行,有利于节能,当用户停止中央空调冷冻水系统时,机组启动压缩机进行制冷。
  数据中心专用空调系统比较
  精密空调系统、自然冷却冷水主机加冷冻水机组、普通风冷冷水主机加冷冻水机组等机房专用空调系统相比较而言:
  首先,从精密空调系统总投资的比较可以看到,双冷源系统,具有风冷和冷冻水系统双重特点,投资成本最高,但是系统的运行最稳定,维修和维护量最大。
  自然冷却冷水主机加冷冻水机组和普通风冷冷水主机加冷冻水机组投资成本相当,比双冷源系统要小很多,自然冷却冷水机组在不同的安装条件可以达到不同的节能效果,所以在合适的安装地点推荐使用自然冷却冷水机组,风冷直接蒸发式机组和水冷直接蒸发式机组的系统总投资最小,风冷机组适用于全国范围内,其灵活性最高,而水冷机组更适用于南方地区。
  从上述各空调系统的比较分析不难看出,对于北方城市来说,四季分明,冬天温度相对比较低,所以不适宜使用水冷系列。而自然冷却冷水主机加冷冻水机组与其他空调系统相比节能效果比较明显,耗电量明显减少。由于北方一年当中大约有30%的时间温度小于10度,故自然冷却冷水机组加冷冻水机组可以比普通冷水主机加冷冻水机组节能30%,和其他空调系统相比耗电量也明显减少,节能效果显著。
  对于平均温度较高的南方城市,很难实现利用环境温度实现自然冷却功能,相比之下不推荐使用自然冷却冷水主机加冷冻水机组,从系统总投资上可以看出,水冷冷水主机加冷冻水机组的系统总投资最少。在计算设备制冷总功率和耗电量时,直接蒸发式机组实际工作时由于室内环境变化会引起压缩机的频繁启动,必然引起耗电量增加。而水冷冷水主机加冷冻水机组这样的情况没有直接蒸发式机组发生频繁,所以从能耗角度考虑直接蒸发式机组也没有水冷冷水主机加冷冻水机组系统要好。经计算,水冷冷水主机加冷冻水机组系统较风冷直接蒸发式机组要节能可达到20%左右。
 
 
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