機(jī)房擴(kuò)容節(jié)能改造方案

1、XX省社保中心機(jī)房擴(kuò)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(jī)房現(xiàn)存的問題3CPI節(jié)能技術(shù)以及在該項(xiàng)目中的應(yīng)用5網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的改造5 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document CPI被動(dòng)型數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)簡(jiǎn)介7 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 服務(wù)器機(jī)房改造7 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)效益分析10 HYPERLI

2、NK l bookmark13 o Current Document 附錄16.風(fēng)機(jī)理論16.冷水機(jī)組能耗表16一.機(jī)房現(xiàn)存的問題?我們于2011年6月1日下午對(duì)XX省社保數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了實(shí)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(jī)房，但是該機(jī)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(jī)房?jī)?yōu)秀的管理制度和管理系統(tǒng)。該機(jī)房目前配有機(jī)房備有2臺(tái)空調(diào)機(jī)，冷量為90.8kw每臺(tái)。為一主一備配置?機(jī)房共有網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜5臺(tái)，服務(wù)器機(jī)柜12臺(tái)。機(jī)房配有2臺(tái)UPS,額定負(fù)載為120KVA,目前機(jī)房總密度為UPS額定負(fù)載的48%。機(jī)房總密度為120KVAx0.9x0.9x48

3、%=46KW。該機(jī)房的擴(kuò)容改造目標(biāo)為目前的密度的一倍，即90kw左我們?cè)趯?shí)地勘察中在技術(shù)上發(fā)現(xiàn)了如下的問題：1.機(jī)房未按照冷熱通道布局排列。該機(jī)房機(jī)柜前部對(duì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.機(jī)房空調(diào)機(jī)送風(fēng)溫度約為15度。造成能源大大的浪費(fèi)。3.機(jī)柜列中有縫隙，機(jī)柜后部的設(shè)備熱回風(fēng)通過機(jī)柜列中的縫隙向冷通道擴(kuò)散.機(jī)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(jī)冷送風(fēng)的浪費(fèi)現(xiàn)象6.機(jī)房面積過于浪費(fèi)，每平方米功率密度小7.網(wǎng)絡(luò)機(jī)房缺乏必要的理線設(shè)施，對(duì)今后纜線管理，增加和變更纜線時(shí)造成困CPI節(jié)能技術(shù)以及在該項(xiàng)目中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的改造針對(duì)網(wǎng)絡(luò)機(jī)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(jī)架配合垂直理線架這種方式。開放式機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)便于纜線的安裝，管理和移動(dòng)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(jī)房效果CPI被動(dòng)型數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)簡(jiǎn)介cpi被動(dòng)冷卻？解決方案將提供卓越的設(shè)備冷卻性能，同時(shí)降低數(shù)據(jù)中心的冷卻能源成本。CPI的TeraFrame?系列機(jī)柜的被動(dòng)冷卻技術(shù)將有助于降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)

5、制冷效率最大化，同時(shí)將對(duì)環(huán)境的影響降到最低，使得CPI被動(dòng)冷卻解決方案成為了一種簡(jiǎn)單高效的選擇。全面可配置的機(jī)柜設(shè)計(jì)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(xiàng)目和配件?？諝鈸醢逄准?、卡入式填充板、高流動(dòng)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(jī)柜中的設(shè)備并且同時(shí)防止熱空氣返回到設(shè)備的進(jìn)氣端。對(duì)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(shí)心后門和后門密封套件。在同時(shí)使用空氣擋板和填充板密封所有開放空間時(shí)，冷空氣將進(jìn)入機(jī)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(jìn)氣溫度。服務(wù)器機(jī)房改造在本次機(jī)房改造項(xiàng)目中，我們提議使用被動(dòng)型垂直排風(fēng)管機(jī)柜。該機(jī)柜包括包括如下附件：?機(jī)柜系統(tǒng)：600mmx1200mmx42U,機(jī)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(jī)柜熱空氣的泄露?機(jī)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(jī)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(shí)候造成機(jī)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(xiàng)目改造中，充分考慮到這點(diǎn)，在機(jī)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(jì)效益分析按照XX社保的擴(kuò)容的需求，擴(kuò)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(jī)房將需要服務(wù)器機(jī)柜19臺(tái)，每臺(tái)機(jī)柜密度為4Kw,服務(wù)器機(jī)柜總熱密度為76Kw,散熱所需的風(fēng)量為20,363CMH。IBM機(jī)柜為2臺(tái)，每機(jī)柜熱密度為5KW,總熱密度為10KW,散熱所需的風(fēng)量為2679CMH。存儲(chǔ)機(jī)柜為2臺(tái)，每機(jī)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(jī)房空調(diào)配置，空調(diào)機(jī)的制冷量為90.8KW,小于預(yù)估擴(kuò)容88KW的熱密度，完全可滿足機(jī)房散熱的需求。但

8、是該空調(diào)機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量為23578CMH,小于機(jī)房散熱的需求。不能滿足散熱需求。經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬機(jī)房氣流分析報(bào)告顯示，該機(jī)房存在過熱的問題，即目前的空調(diào)系統(tǒng)不能滿足擴(kuò)容的需求。下圖為機(jī)房氣流組織模擬的機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度圖。圖中可看出部分機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)溫度高于TIA-942的設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度25度的標(biāo)準(zhǔn)。在88KW的擴(kuò)容目標(biāo)下，我們采用CPI被動(dòng)式數(shù)據(jù)中心散熱解決方案-垂直排風(fēng)管系統(tǒng)機(jī)柜。在機(jī)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(jī)房無過熱的問題。CPI垂直排風(fēng)管機(jī)柜完全，物理的，徹底的隔離的機(jī)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(jī)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(jī)房，但是由于機(jī)房充滿了冷空氣，一小部分的熱空氣經(jīng)會(huì)造成機(jī)房沿天花部分的溫度略微高。但是機(jī)柜的進(jìn)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(jī)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(duì)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(jī)送風(fēng)風(fēng)量不夠，造成熱點(diǎn)。?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(jī)柜，有一定的熱回風(fēng)從天花板上泄露至房間，當(dāng)由于房?jī)?nèi)充滿冷送風(fēng)，機(jī)柜無局部過熱問題?使用垂直海風(fēng)管機(jī)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(diǎn)，我們只能將其熱密度降低，并建立一個(gè)可工作的機(jī)房環(huán)境，并由此基礎(chǔ)上作出我們經(jīng)濟(jì)效益的分析我們將機(jī)房預(yù)估擴(kuò)容目標(biāo)從88KW降低至I66KW,即作出如下調(diào)整：?服務(wù)器機(jī)柜19臺(tái)，按每機(jī)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(jī)柜2臺(tái)，按每機(jī)柜密度5kw,總密度為10kw,散熱所需風(fēng)量為2,679CMH?存儲(chǔ)機(jī)柜2臺(tái)，按每機(jī)柜1kw,總密度為2kw,散熱所需風(fēng)量為536CMH?機(jī)房散熱風(fēng)量需求為18,487CMH,空調(diào)機(jī)的實(shí)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(jī)房垂直過熱的問題。主要原因?yàn)闄C(jī)房垂直冷熱空氣相

11、混合的問題。下圖為擴(kuò)容至66KW時(shí)的機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度圖。在此基礎(chǔ)上我們只能在此降低機(jī)房擴(kuò)容的目標(biāo)為59.5KW,即為如下更改：?服務(wù)器機(jī)柜19臺(tái)，按每機(jī)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(jī)柜2臺(tái)，按每機(jī)柜密度5kw,總密度為10kw,散熱所需風(fēng)量為2,679CMH?存儲(chǔ)機(jī)柜2臺(tái)，按每機(jī)柜1kw,總密度為2kw,散熱所需風(fēng)量為536CMH?機(jī)房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,空調(diào)機(jī)的實(shí)際送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH我們發(fā)現(xiàn)機(jī)房仍然略微存在過熱的問題，勉強(qiáng)符合TIA-942的規(guī)定。如下為機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度圖。在此可行的擴(kuò)容目標(biāo)下，我們?cè)跀U(kuò)容

12、至69.5KW時(shí)作出普通冷熱通道和CPI垂直排風(fēng)管機(jī)柜之間機(jī)房空調(diào)能耗對(duì)比。該對(duì)比包括如下內(nèi)容：?機(jī)房空調(diào)（空氣處理單元）用電分析：冷熱通道布局與煙囪機(jī)柜布局對(duì)比?水冷機(jī)組用電分析：冷熱通道布局與煙囪機(jī)柜布局對(duì)比?投資回報(bào)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(chǎng)上能效最低的STULZ系列空調(diào)來計(jì)算。我們選取STULZ1100CWE來測(cè)算，送風(fēng)風(fēng)量為22,000CMH下圖為STULZ空調(diào)機(jī)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(gè)風(fēng)機(jī)，每小時(shí)耗電約為5.2KW。普通冷熱通道機(jī)房布局的空調(diào)機(jī)風(fēng)機(jī)能耗計(jì)算方式為：?機(jī)房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,空調(diào)機(jī)的實(shí)際送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH?空調(diào)機(jī)運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，空調(diào)機(jī)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(jì)算，一年總耗電量為：人民幣68,328.00CPI垂直排風(fēng)管系統(tǒng)機(jī)柜布局的空調(diào)機(jī)風(fēng)機(jī)能耗計(jì)算方式為：?機(jī)房散熱風(fēng)量需求為15,942CMH,由于機(jī)房無冷熱空氣相混合，空調(diào)機(jī)只需送風(fēng)風(fēng)量為16,000CMH即可滿足機(jī)房冷卻的需求。?空調(diào)機(jī)的額定送風(fēng)風(fēng)量為21,560CMH,16,000/21,560=74%?空調(diào)機(jī)運(yùn)行在74%負(fù)荷狀態(tài)下，空調(diào)機(jī)耗電量為：5.2Kwx0.74x0.74x0.74=2.1kw*（見附錄風(fēng)機(jī)理論簡(jiǎn)介）?一年耗電量：2.1x24x365=18,396Kw?按每度電1.50人民幣計(jì)算，一年

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

17、RMB138,495.00使用煙囪機(jī)柜時(shí)，機(jī)房?jī)?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(jìn)風(fēng)溫度即為空調(diào)的送風(fēng)溫度。在本設(shè)計(jì)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(jī)組能耗計(jì)算如下：當(dāng)制冷機(jī)組需將冷凍水溫度降至18.5C時(shí)，移除每噸熱量需耗電380watts*（見附錄冷水機(jī)組能耗表）?機(jī)房總熱密度：59.5KW=17Ton?冷水機(jī)組總能耗：17x0.38x24Hx365D=56,590KW?每年耗電費(fèi)用：RMB1.5x56,590KW=RMB84,885.00我們將這兩種能耗相加并對(duì)比：標(biāo)準(zhǔn)冷熱通道布局機(jī)房空調(diào)機(jī)每年電費(fèi)：RMB68,32

18、8.00冷水機(jī)組每年電費(fèi)：RMB138,495.00總費(fèi)用：RMB206,823.00，煙囪栩出目布局機(jī)房空調(diào)機(jī)每年電費(fèi):RMB27,594.00冷水機(jī)組每年電費(fèi)：RMB84,885.00總費(fèi)用：RMB112,479我們得出在機(jī)房擴(kuò)容至69.5KW時(shí)，我們每年至少節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)人民幣94,344。該計(jì)算是為機(jī)房建設(shè)完全基于TIA-942數(shù)據(jù)中心最佳實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)的，實(shí)踐情況中的機(jī)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(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值。經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)論如下：?現(xiàn)有機(jī)房的條件下，擴(kuò)容至原有基礎(chǔ)的一倍時(shí)，只能增加空調(diào)機(jī)才能完成（需新增加2臺(tái)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(jī)柜系統(tǒng)，不需增加新的空調(diào)機(jī)。?使用CPI機(jī)柜可提升