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浅谈数据中心基础设施节能技术与标准化(2)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-03 0:50:15 * 浏览: 30
首先,简要介绍了数据中心供电系统的架构,并分析了该架构中的节能技术。在此基础上,介绍了国内外有关上述节能技术的标准化工作,并对重要技术要点的标准要求进行了分析。为未来的行业研发,生产和应用提供相应的理论依据。 1引言随着低碳经济的到来,该国越来越重视节能和减排。在2009年12月的哥本哈根气候变化会议上,中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放量将比2005年下降40%至45%。随着下一代移动电话等新技术的迅猛发展,在通信和下一代互联网以及视频和图像等新应用程序的推动下,数据服务的迅猛发展导致了大规模数据中心的建设,从而使高度集成和高能耗的数据单帧设备成为可能。大量增加,总能耗成倍增长。绿色数据中心已成为数据中心发展的必然。众所周知,空调系统是数据中心中能耗最高的系统,仅次于IT系统。因此,本文将重点介绍数据中心电源制冷系统中使用的主要节能技术的原理,应用和标准化。 2数据中心制冷系统的架构和节能技术根据美国供热,制冷和空调工程师协会(ASHRAE)技术委员会9.9(简称TC9.9)的统计报告,数据中心大致如图1所示。从图中可以看出,IT系统,空调系统和电源系统是数据中心的主要能源消耗者。本文主要介绍数据中心制冷系统的总体架构,其典型的系统架构如图2所示。3数据中心制冷系统的节能技术为了满足IT设备的正常运行环境条件,数据中心需要配备冷却系统。许多国内国家标准提出了对数据中心环境条件的要求。例如,GB / T50174数据中心设计规范中建议数据中心主房间的环境温度应保持在18-27°C,允许的工作温度为15-32°C。 -TL.1300“数据中心实践”标准,环境温度范围为18至32°C,在YD / T1821标准中,大型和超大型数据中心的环境温度范围为18至26°C。数据中心的温度范围为15-27°C。在满足数据中心环境条件的要求的基础上,每个绿色数据中心都采取了一系列节能措施。其中,使用最广泛的节能技术包括近端制冷技术,气流组织控制技术,自然冷却技术和相变材料冷却技术。这里将详细介绍上述技术的原理,数据中心应用程序和相关的标准化工作。 (1)近端冷却技术传统数据中心的空调冷却速率低,散热能力有限,无法满足中,高热密度机柜的散热要求,容易出现机柜局部过热的情况;使得机柜无法承载过多的服务器设备,导致机柜的体积比降低,机房空间利用率降低。 ①列间制冷技术目前行业中最常用的制冷技术是在机柜中靠近服务器热源的位置安装制冷设备,并为电子设备提供空气循环,空气过滤,冷却,再加热等温度控制设备。和湿度控制。 ,称为“冷冷却设备”。列间引用捷联科技采用组合模块封闭冷通道中的冷通道区域,隔离机柜的冷,热通道,有效减少了制冷量的浪费,大大提高了精密空调的效率,并安装了空调设备到IT设备。满足数据中心机房不断提高的散热要求。具体的平面图在图2中示出。 3.该技术已在中国通信标准化协会建立,作为“通信高热密度计算机机房温度控制设备第1部分:行间温度控制设备”标准的标准,现已进入批准阶段。本标准规定的工作条件为:冷水塔式空调冷凝器的入口温度为7至21°C,水冷塔式空调冷凝器的入口温度为4至34°C ,风冷塔式空调的室外冷凝水是室外冷凝水。设备的环境温度为-15〜+ 45℃。它配备了适用于低温操作的选件或方案,可适应于-35℃的室外环境温度。表1列出了其中指定的主要指标。在标准测试条件下,其冷空气比率必须小于5。 ②背板热管冷却技术该技术利用热管原理,结合机房的热环境特征,产生大量热量,并且全年需要不间断的冷却。当室外温度低于室温时,热管中的液体工作介质在室内蒸发。端部吸收热量后,蒸发成气态并上升到室外冷凝端。冷凝后,气体工作介质将热量释放到室外环境并变成液体,并在重力作用下流回室内,从而完成了将室内热量传递到室外环境的制冷循环。 。同时,产品充分考虑了机房机柜后面板的排风温度,设备的热量从后面板排放到机房的工艺环境中。因此,将热管的蒸发端布置在热管的背板上,直接吸收从设备散发的热量,提高了热管的传热温差和热管的热交换效率。其原理如图4所示。该技术也已在中国通信标准化协会建立,作为“通信高热密度设备室温控制设备第2部分:背板温度控制设备”的标准,对此技术进行了讨论和讨论。批准发表评论。该标准涉及的热点问题是出风口温度,显热比,能效比和机柜的安全要求。由于该标准仍在讨论中,因此不宜详细描述某些指标的具体要求。 (3)顶置式制冷技术:这是一种优化技术,可将空调机末端的位置从计算机机房的侧面移开,远离负载中心,移至机柜顶部的空调机末端。 。该技术通常应用于具有封闭热通道的模块化机房。供气和回流的方法是从热通道内部回流空气,并将空气供应到两侧。高架冷却装置类似于行间空调系统的制冷循环,但高架冷却装置仅由表面冷盘管,水道调节装置,温度和湿度传感器等组成,装置本身不再配有风扇,桌子冷盘管安装在机柜中。最佳。 IT机柜风扇将排出的热空气收集到封闭的热通道中。热空气通过热压的作用自然上升。降低机柜顶部冷却单元上的冷盘管温度后,热压开始下降,然后IT机柜风扇吸入IT设备进行冷却,并实现垂直空气流通。高架空调r本身未配备风扇,并且热压效应可保持空气的自然循环并减少空调终端设备的能耗。具体原理图如图5所示。该技术也已在中国通信标准化协会建立,作为“通信高热密度计算机机房温度控制设备第3部分:架空温度控制设备”的标准。工业和信息化部已发布了计划编号,是该部的重点项目。 (2)气流组织控制技术数据中心一般采用冷,热通道封闭的方式,可以采用冷通道封闭或热通道封闭的方式。供气方式分为下部供气方式(示意图如图1所示)。图6是上空气供给方法的示意图。 7)。对于机柜供气方式,主要分为前部空气机柜布置(如图8所示)和下部进气口标准机柜布置(如图9所示)。关于气流组织的控制方法,中国通信标准化协会制定了《通信电源和机房环境节能技术指南第五部分气流组织》标准,目前已经进入批准阶段。该标准规定了气流组织的基本原理,机柜的功率密度,气流组织形式(分为上下回风模式,上下回风模式和柜排送风模式)以及机柜供气方式。 (3)冷却塔自然冷却技术大型数据中心采用多种水侧自然冷源制冷技术。在传统的空调冷水系统的基础上,增加了一些管道和设备。当室外湿球温度降至某个值以下时,请关闭冷却器,以通过循环冷却水流经冷却塔直接或间接向空调系统供应冷却空气,并提供空气所需的冷却负荷。在机房进行空调。冷却塔用于代替冷却器冷却,以达到降低能耗的目的。冷却塔的冷却大致可分为以下三种方式:①带过滤器的敞开冷却塔,②带热交换器的敞开冷却塔,③带直接冷却的封闭式冷却塔。最常见的冷却塔冷却方法是开放式冷却塔加热交换器。有关详细信息,请参见图10。传统数据中心的冷冻水温度通常为7/12℃。以北京为例,一年中有39%可以使用自然冷却。如果将冷冻水增加到10/15℃,自然冷却时间将延长到46%。同时,由于蒸发温度的升高,冷却器的COP可以提高10%。另一方面,随着服务器承受温度的升高,冷冻水的温度可以进一步提高,并且自然冷却时间将全年延长。目前,国内技术领先的数据中心已将冷冻水的温度提高到15/21°C,并且自然冷却时间全年可达到70%甚至更多。关于该技术,由工业部和交通部研究的行业标准“通信电源和计算机机房环境节能技术指南第二部分应用条件”(修订本)由中国通信标准协会管辖。信息技术,提出了应用条件和类似模式。平稳过渡和防冻措施。该标准目前处于批准阶段。 (4)相变材料技术相变材料制冷系统工作正常(电源正常时),在冷却通讯设备时,相变材料存储冷能。冷能完全存储后,不再吸收冷能。在通电期间,相变材料的冷却能力通过制冷剂循环逐渐释放,并且吸收了通信设备产生的热量,从而使环境温度直到冷释放过程完成,通信设备的性能才符合基本要求。在恢复电力之后,制冷剂的温度逐渐降低,并且蓄冷过程逐渐完成,直到转变为正常状态。工业和信息化部于2016年发布了YD / T3033-2016“通信局(站)相变储能设备”标准,主要规定了其工作条件和储能密度(不少于25kWh / m3)。诸如冷处理时间和冷存储处理时间的参数。但是,该技术的范围目前不是很大。 4结束语本文分析了数据中心基础设施冷却系统中涉及的节能减排技术,并介绍和解释了相应的标准化工作。希望它能为数据中心领域的研发和应用技术提供参考。人员供参考。主要参考文献[1]王克勇,王力,徐静文,卜冬杰,“绿色数据中心的空调节能技术研究”,能源研究与利用,2012 [2]齐曙光,ITU-TL.1300数据中心实践研究与分析》通信电源技术,2012年3月,第29卷