高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案課件

Solutionsforhotspotindatacenter

數(shù)據(jù)中心熱點(diǎn)ChenYunshuiAirsysRefrigerationEngineeringTechnology(Beijing)Co.,Ltd.阿爾西制冷工程技術(shù)(北京)高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Really?真實情況是什么？Isthehotproblemreallysoserious?熱問題真的如此嚴(yán)重嗎？高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案內(nèi)容數(shù)據(jù)中心熱密度發(fā)展史數(shù)據(jù)中心高熱密度實際狀況“熱點(diǎn)”與“熱區(qū)”的概念熱點(diǎn)與熱區(qū)應(yīng)區(qū)別對待1熱點(diǎn)形成的原因當(dāng)前熱點(diǎn)解決方案及其缺點(diǎn)23456高熱密度到底有多高？熱問題并不是“高熱密度”O(jiān)NSPOT熱點(diǎn)空調(diào)機(jī)ONSPOT熱點(diǎn)空調(diào)機(jī)的類型總結(jié)7891011高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案CONTENTSHistoryofhighheatdensityofdatacenterRealstatusofoverheatindatacenterConceptof“hotspot”&“hotarea”Differenttreatmentsforhotspotandhotarea1Whyhotspot?Currentsolutionsandshortages23456Howhighisthe“highheatdensity”MainproblemisnothighheatdensityONSPOTAIRCONDITIONERTypesofONSPOTunitSummary7891011高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案數(shù)據(jù)中心高熱密度解決方案歷史從2000年前后開始，由于數(shù)據(jù)中心電子設(shè)備發(fā)熱量快速增加，不斷有人提出數(shù)據(jù)中心高熱密度問題。越來越多的解決方案也被提出來。同時隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大，發(fā)熱量也越來越大，因此，所謂的“熱問題”也越來越嚴(yán)重。參見下圖。Thehistoryofhighheatdensityofdatacenter高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案數(shù)據(jù)中心熱密度發(fā)展趨勢Reallysohighdensity?熱密度真的這么高嗎？Heatdensitytrendsindatacenterequipments高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案90%ofdatacenter:OverheatexistedVerycoldatthesametimeAfteralotofsurveytothedatacenter數(shù)據(jù)中心實際過熱情況Realstatusofoverheatindatacenter經(jīng)過大量調(diào)查：90%以上數(shù)據(jù)中心存在過熱然而，同時感覺到非常冷高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Hotspot：thehotspaceformedbyseveralcabinetswithoverheatHotarea:thehotspaceformedbymorecabinetswithoverheat熱點(diǎn)：由少數(shù)幾個過熱機(jī)柜形成的范圍較小的偏熱區(qū)域熱區(qū)：由較多相互靠近的過熱機(jī)柜形成的范圍較大的偏熱區(qū)域“熱點(diǎn)”與“熱區(qū)”概念HotspotHotareaConceptof“hotspot”&“hotarea”高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案HOTSPOT≠HOTAREA熱點(diǎn)≠熱區(qū)熱點(diǎn)和熱區(qū)應(yīng)區(qū)別對待DifferenttreatmentsforhotspotandhotareaMostofthecurrentsolutionsforhotproblemindatacenterisactuallypreparedfor“hotarea”,evenbepreparedforthewholedatacenterroom----Alotofenergywaste.目前，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心熱問題的解決方案實示上都是為“熱區(qū)”而設(shè)計的，甚至是為整個機(jī)房而設(shè)計的----這會造成大量能源浪費(fèi)Because:HotspotisdifferentwithHotarea因為“熱點(diǎn)”不等于“熱區(qū)”Shortageofexistingsolutions現(xiàn)有方案的缺點(diǎn)Biginvestment,quantityofworkingamount,longprojectworkingduration,highenergyconsumption投資高，工作量大，項目周期長，能量消耗多Reason:Nogoodsolutionsforhotspot源于：缺少良好的熱點(diǎn)解決方案高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Whyhotspot?為什么會出現(xiàn)熱點(diǎn)？BadairdistributionElectr.devicesnoteveninstalledincabinetPeakloadofequipment氣流組織不好機(jī)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)不當(dāng)或元器件分布不均設(shè)備高峰負(fù)荷集中制冷能力不足不是主要原因Theinsufficientcoolingcapacityisnotthemaincause.Detailfollowed詳見后面高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Actuallynotthein-sufficientcoolingcapacityofPACDueto:ColdaircannotbereachedtohotplaceSlowairsupplyspeedObstaclematerialinthewayofairsupplyairHighairflowresistanceinthewayofairsupplyLowairsupplypressurePlaceofsupplyairgrillisnotcorrectAirvolumeisnotmatchedwiththeloadofservercabinetBadairdistribution機(jī)房氣流組織不好出現(xiàn)熱點(diǎn)，并不是因為機(jī)房空調(diào)機(jī)的制冷量不足是因為:冷風(fēng)不能送到熱點(diǎn)位置或熱點(diǎn)位置冷風(fēng)量不足送風(fēng)速度過低送風(fēng)通路上有阻礙物送風(fēng)通路上空氣阻力過高送風(fēng)風(fēng)壓不足送風(fēng)格柵的位置不合適送風(fēng)量與機(jī)柜的熱負(fù)荷不匹配高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案機(jī)柜內(nèi)電子元器件不均勻LowerdensityofE.devicesHigherdensityofE.devicesElectr.devicesnoteveninstalledincabinet高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Peakloadofequipment通信高峰PeakcommunicationWhenitisatthepeaktimeofcommunication,theheatgeneratedbyserverishighbecauseoftoomuchcalculation在通信高峰時段，服務(wù)器會產(chǎn)生更多的熱量，因為此時的計算工作量大高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Internalstructureofcabinet設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)ToomanydevicesinthecabinetUn-evendistributionofdevicesUn-evenheatloadofdevicesInsufficientairvolumecapacityofinternalfansHighdevicesdensityInsufficientairflow機(jī)柜內(nèi)部元器件太多元器件分布不均勻各元器件負(fù)載不一致機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)機(jī)風(fēng)量不足高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Currentsolutionsandshortages當(dāng)前方案及缺點(diǎn)Reducethetemp.ofdatacenterInstallmoreaircons.Dispersetheheatload降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度新增機(jī)房專用空調(diào)機(jī)分散過熱機(jī)柜的負(fù)載高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案常規(guī)機(jī)房控制溫度為:24℃經(jīng)常被降低到：20℃-18℃或更低機(jī)房溫度降低1℃，空調(diào)機(jī)的制冷效率會降低2－3%，甚至更多。同時，其制冷量會降低3－5%，不但如此，這還會引起空調(diào)機(jī)不必要的除溫和加溫。如果機(jī)柜內(nèi)部進(jìn)一步過熱，這種方法就不可行了。因為機(jī)房溫度過低時，空調(diào)機(jī)制冷盤管會結(jié)霜降低機(jī)房的溫度容易方便但不節(jié)能機(jī)房控制溫度EER能效比24℃機(jī)房溫度降低能耗增加20℃高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Normalcontroltemp.ofDC:24℃Itisoftenbereducedto20℃or18℃orevenlowerbyadministratorofDCWhentheroomtemp.isreducedby1℃，thecoolingefficientofairconditionerwillbereducedby2-3%orevenmore,andatthesametime,thecoolingcapacityofACwillreduceby3-5%,furthermore,therewillbemoreun-necessaryhumidifyinganddehumidifying.Iftheoverheatofcabinetgoesworse,thiswaywillnotwork,becausethecontroltemp.ofDCcannotbereducedfurthermoreduetofrozenonthecoilofAircon.Reducethetemp.ofdatacenterEasyConvenientButenergywasteControltemp.ofDCEERNormalcntrl.Temp.Ccntrl.Temp.forhotDCPowerconsumptionat24℃Powerconsumptionat20℃Controltemp.decreasingEnergyconsumptionincreasing高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Installmoreaircons.

添加空調(diào)機(jī)Anyway,thiswillleadtoabiginvestment.這種方法的投資很高,還不一定能解決問題Someuserthinkaboutsimplythattheoverheatiscomefrominsufficientcapacityofairconditioner,so,installmoreairconditionerforthedatacenter.Insomecases,itworkswhentheairconditionerisinstalledatagoodpositionandthecoldaircanbesuppliedhotposition.Manycases,itdoesnotworkwell.某些用戶簡單認(rèn)為出現(xiàn)過熱是因為空調(diào)機(jī)冷量不足，所以就添加空調(diào)機(jī)。某些情況下，當(dāng)空調(diào)機(jī)的安裝位置合適、冷風(fēng)可以直接送達(dá)過熱位置時，這種方法有效。高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案將負(fù)荷分散當(dāng)某個機(jī)柜出現(xiàn)過熱時，有經(jīng)驗的用戶會將該機(jī)柜內(nèi)部的設(shè)備分開安裝到其它發(fā)熱量較小的機(jī)柜這種方式很有效，不過，有較大的拆、裝工作量當(dāng)相關(guān)元器件不能分散、必須安裝在一個機(jī)柜內(nèi)部時，這種方法就不能使用了。高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Dispersetheheatload

Thedeviceswithhigherheatloadiscentralizedin1cabinetThedeviceswithhigherheatloadisdispersedtomanycabinetsWhenthereisacabinetoverheated,theexperienceduserwilldispensetheheatloadtomanycabinets,thatistosay:movetheelectronicdevicesintheoverheatedcabinettoovercabinetwithlowheatload.Thismethodsworks,but,therearealotoflaborworksfordismantling,assemblingandrelatedexpenses.More,sometime,thismethodscouldnotbecarriedout,becausesometimes,allthecomponentsorserversmustbeinstalledatasamecabinetfortheneedsofmanagement.高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時，機(jī)房管理人員會同相關(guān)專業(yè)人員商量。有經(jīng)驗的設(shè)計師、安裝人員在現(xiàn)場考察之后，會推薦這個方案。應(yīng)該說，這是一種好的方案。調(diào)整空調(diào)機(jī)的位置、調(diào)整氣流分布后，問題可以解決。優(yōu)化空調(diào)機(jī)的安裝位置相關(guān)工作和費(fèi)用:

重新安裝風(fēng)管、水管、制冷劑管路重新接線、調(diào)試注意事項:

費(fèi)用仍較高較長的施工周期某些時候，此方案不可行。高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Whenthereexistshotspot,theadministratorofDCwillconsultwithairconditioningsupplier.Theexperienceddesigners,installationpeopleswillputforwardthissolutiontouseraftersurveyingtothedatacenter.Itshouldbeconfirmedthatthisisagoodsolution.Theairflowdistributioncanbeimprovedandtheoverheatcanbeeliminatedbythismethod.Worksandexpenses:Re-pipingforairduct,waterpipe,refrigerantpipesIssues:HigherexpensesLonginstallationengineeringdurationMaynotbepossibletocarryoutsometimes.OptimizetheinstallationpositionofAC高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Accurateairsupplyorreturn精確送風(fēng)或回風(fēng)Thisisaverydirectsolution:MakethecoldairfromACdirectlybesuppliedtothehotpositionorhotairreturnedfromhotposition.Issuesandconsiderations:AirpressureofACshouldbehighenough,ifnotso,afaninairductisneeded.(thisisthemostcases)NobackupofACHighinvestmentNeedbigspaceforairductinstallation

這是一種非常直接的方案:將冷風(fēng)直接從空調(diào)機(jī)的出風(fēng)口送到過熱位置或者將過熱位置的熱空氣抽走到不過熱位置注意事項:空調(diào)機(jī)的風(fēng)壓必須足夠，必要時在風(fēng)管上安裝風(fēng)機(jī)（一般都需要）要注意空調(diào)機(jī)有停機(jī)的時候投資高風(fēng)管安裝的工作量大，空間占用多高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Buildnewmachineroom新建機(jī)房Thisisanextremewaybutalsopopularone.Manyun-necessarynewmachineisbuiltupbecauseofheatproblem.Accordingtoourviewpoint,mostofthecases,thenewmachineroomisnotnecessarytobuild.Exceptthatthereisanotherbigreasonbesidesofhotproblem.這是極端的做法，卻也是比較普遍的做法。因為熱問題而興建了許多不必要的新機(jī)房。根據(jù)我們的觀點(diǎn)，多數(shù)情況下，這些新機(jī)房是不需要建造的。除非有其它熱點(diǎn)問題之外的大原因。高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Howhighisthe“highheatdensity”(1)熱密度到底有多高？Overheatedcabinet=Highheatdensitycabinet+Superhighdensitycabinet所謂過熱機(jī)柜是指高熱機(jī)柜以及超高熱機(jī)柜高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Howhighisthe“highheatdensity”(2)熱密度到底有多高超高熱機(jī)柜Superhighdensitycabinet5%高熱機(jī)柜Highdensitycabinet95%Weshouldpaymoreattentiontothe“highdensitycabinet.Weshouldusedifferenttreatmentsforhighdensityandsuperhighdensitycabinet.由于高熱機(jī)柜占大多數(shù)，所以，我們應(yīng)將更多的注意力放在高熱機(jī)柜，并且對超高熱機(jī)柜與高熱機(jī)柜采用不同的處理方法。高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案主要問題并不是高熱密度熱點(diǎn)高熱密度我們所談?wù)摰母邿崦芏戎皇且粋€表面現(xiàn)象，并不是真正原因。真正的問題是“熱點(diǎn)”實際之中，我們大多情況下談?wù)摰乃^“高熱密度”問題實際上是“熱點(diǎn)”問題。關(guān)鍵原因高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案MainproblemisnothighheatdensityHotspotHighdensityHighheatdensityisasuperficialphenomena,nottherealcauseTherealissueisthe“hotspot”Mostly,whatwetalkedisactuallythehotspotproblem.KeycauseRootcause高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Anairconditionerspeciallydesignedforhotspotindatacenter.CauseofhotspotTypeofhotspotAirdistributionororganizationFeatureEasyuseEasyinstallSmalldimensionsLightweightFlexiblePlug&playThemostsimplifiedandcorrectwaystosolvehotproblemindatacenter這是解決數(shù)據(jù)中心熱問題的最簡單直接和最正確的方法HOTSPOT

ONSPOTONSPOT熱點(diǎn)空調(diào)機(jī)這是為數(shù)據(jù)中心熱點(diǎn)而特別設(shè)計的空調(diào)機(jī)熱點(diǎn)形成的原因熱點(diǎn)的類型氣流分布和組織產(chǎn)品特點(diǎn)容易使用容易安裝尺寸小重量輕靈活即插即用ONSPOTAIRCONDITIONER高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)由ONSPOT預(yù)冷到14－16℃，這樣機(jī)柜的出風(fēng)就降低到28－30℃。這樣機(jī)柜的過熱現(xiàn)象就消除了。WorkingphilosophyofONSPOT工作原理過熱機(jī)柜的進(jìn)出風(fēng)溫度當(dāng)過熱機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口安裝ONSPOT空調(diào)機(jī)時冷凝熱以較高速度送到不過熱的地方CabinetCabinet高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Theenteringairispre-cooledto14-16℃,so,theleavingairtemp.isreducedto28-30℃andtheoverheatofthecabinetisremoved.WorkingphilosophyofONSPOT工作原理Enteringandleavingairtemp.ofoverheatedcabinetAnONSPOTairconditionerisinstalledinfrontofanoverheatedcabinet.CondensationheatisblowtoaplacefarawayfromhotspotCabinetCabinet高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案客廳分體空調(diào)室內(nèi)機(jī)冰箱分體空調(diào)室外機(jī)以客廳中的冰箱為例:在客廳中安裝了一臺分體式空調(diào)機(jī)與一臺冰箱分體機(jī)制冷量：5200W冰箱熱負(fù)荷：100W,約為空調(diào)機(jī)制冷量的2%1個常規(guī)小型數(shù)據(jù)中心的面積約為：150m2其總熱負(fù)荷為：120kW一般情況下會配置：180kW制冷量的機(jī)房專用空調(diào)機(jī)ONSPOT工作時的熱負(fù)荷為：1.1kW如果有5個熱點(diǎn),安裝5臺ONSPOT，則其總熱負(fù)荷為：5.5kW,只有機(jī)房空調(diào)機(jī)總制冷量的3.3%。如果增加到10個熱點(diǎn)，使用10臺熱點(diǎn)空調(diào)機(jī)，也只引起11kW的熱負(fù)荷，占空調(diào)機(jī)制冷量的6.6%。由于ONSPOT并不是連續(xù)運(yùn)行，其實際總熱負(fù)荷較低，只有上述計算值的70%左右。由此可見，ONSPOT工作時的熱負(fù)荷可以忽略不計實際上，我們使用其它方法消除熱點(diǎn)時，所引起的附加熱負(fù)荷比ONSPOT均要高一些。ONSPOT空調(diào)機(jī)增加機(jī)房熱負(fù)荷嗎？高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案LivingroomIndoorunitofsplitACRefrigeratorOutdoorunitofsplitACYoumayask:TheONSPOTairconditionerisinstalledinsidedatacenter,DoestheONSPOTairconditionerincreasestheheatloadtodatacenter?Orwillitmakemoreoverheat?No.Neednottothinkaboutthisissue.Forexample:ThelivingroomwithasplitairconditionerandarefrigeratorTheaveragecoolingcapacityofSplitAC:5200WTheaverageheatloadofrefrigerator:100W,around2%ofcoolingcapacityofsplitAC.Let’scomparewithONSPOTindatacenterAnormalsmalldatacenter:150m2with120kWheatingloadand180kWprecisionAC.TheheatingloadofanONSPOTis1.1kWIfthereis5hotspots,wewilluse5ONSPOTunits,thetotalheatingloadis5.5kw,whichis3%oftotalcoolingcapacityofPAC.Ifthereis10hotspots,wewilluse10ONSPOTunits,thetotalheatingloadis11kw,whichis6%oftotalcoolingcapacityofPAC.BecausetheONSPOTwillnotberunningcontinuesly,thetotalheatingloadofONSPOTwillbelowerthanabovecalculation,around70%.Besides,ifyouuseothermethodstoremovethehotspot,itmayproducemoreheatloadtothedatacenter.PleaserefertotherelativewhitepapersofAirsys.DoesONSPOTincreasestheheatloadtoDC?高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案許多用戶采用降低機(jī)房溫度的辦法來解決熱點(diǎn)問題。然而這種方法會導(dǎo)致高能耗。如果使用ONSPOT機(jī)組，不但不需要降低機(jī)房的溫度，還可以升高機(jī)房的溫度，從而節(jié)約大量的空調(diào)電能消耗。Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOT節(jié)能ONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurve能耗比例曲線名義工作點(diǎn)Nominalworkingpoint高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurveNominalworkingpoint高密度發(fā)熱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案應(yīng)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房配備數(shù)臺ONSPOT產(chǎn)品，出現(xiàn)熱點(diǎn)時，將熱點(diǎn)空調(diào)機(jī)移到熱點(diǎn)位置，接上電源，熱點(diǎn)就消除了，就像滅火器一樣。SeveralONSPOTshouldbepreparedandbackedupindatacenter.Ifthe