新一代绿色数据中心制冷解决方案 —— 间接蒸发

发布时间:2018-09-27  作者:蒋钢,汤宏轩(中兴通讯)  阅读量:

数据中心的绿色挑战

随着信息社会的飞速发展,数据中心成为信息交换、处理和存储的中心。数据中心的规模呈现哑铃式两端分布,一端是少量的容量巨大、追求规模效益的兆瓦级以上的大型或超大型数据中心,一端是数量巨大的小容量贴近业务用户的微型或小型边缘数据中心。随着云计算竞争加剧以及环保监管的收紧,能源密集型的数据中心如何实现低成本、绿色可持续发展,成为数据中心行业必须解决的问题。

2016年12月,中国国务院印发的《十三五国家信息化规划》提出支持采用可再生能源和节能减排技术建设绿色云计算数据中心,将绿色数据中心作为基础设施建设的优先行动,要求“到2018年,新建大型云计算数据中心电能使用效率(PUE)值不高于1.5;到2020年,新建大型云计算数据中心PUE值不高于1.4”。而据Uptime统计,2017年美国的数据中心平均PUE值为1.7;中国工信部数据显示,2017年中国超大数据中心平均PUE为1.5,大型数据中心PUE为1.69。要达到国家规划的要求,数据中心系统面临挑战。

自然冷却技术对比

制冷系统是数据中心目前比较容易在经济的情况下实现较大性能提升的领域。为了减少机械制冷的运行时间,最大化利用自然冷源(FreeCooling),业内从风冷、水冷、液冷、工程、运维、控制等多方面做了尝试。经验证,自然新风+辅助制冷技术对运行地点的空气质量有要求,且能耗较高和管理复杂;冷水机组+板换技术管路复杂,占地较大,管理和运维复杂;直接蒸发技术对运行地点的空气质量有要求,对IT设备的适应环境要求高,管理和运维复杂;液冷技术短期内成本高、工程复杂,较难大规模商用。

图1以目前数据中心常用的“水冷冷水机组+冷却塔+冷冻水精密空调”的制冷系统组合为基准(橙色线),结合业内近几年尝试的6种典型绿色节能制冷技术,并结合全球11个典型城市的气象数据,综合分析,得出间接蒸发制冷是数据中心多种FreeCooling制冷系统的最佳实践(红色线)。


多种应用场景的间接蒸发空调

间接蒸发空调是一种融合新风自然冷间接换热、直接蒸发间接换热、DX/CW辅助制冷三种制冷技术于一体的最新制冷产品,是目前最经济的一种制冷解决方案。

中兴通讯是模块化数据中心技术和方案的领先供应商之一,在中国数据中心行业最早具备间接蒸发空调商用建设、运行经验,在2015年建设了国内经认证的PUE低于1.1的间接蒸发空调项目。

为适应数据中心多种应用场景的需要,中兴通讯间接蒸发空调以模块化的设计,支持各种灵活的气流方式。

● 顶装底送底回:此种气流形态适合建筑物顶部安装,DC机房需要配套天花吊顶。

● 端装底送端回:此种气流形态适合建筑物侧面安装,DC机房需要配套防静电架空地板。

● 端装侧送端回:此种气流形态适合建筑物侧面安装,DC机房需要配套天花吊顶。

● 侧装侧送侧回:此种气流形态适合集装箱侧面安装,集装箱需要配套冷热通道隔离封闭。

关键技术

间接蒸发空调由间接换热系统、水系统、风系统、过滤系统、DX/CW辅助制冷系统、控制系统和模块化结构系统组成,其中中兴通讯研发的间接蒸发空调采用的关键技术如下:

● 空空热交换器

叉流式板式热交换器采用独特的H型板片设计,换热效率高达70%,芯体表面整体采用环氧树脂防腐蚀工艺处理,且切边也做防腐处理。

● 喷淋水系统

采用独特的高效双层逆流式喷淋加湿设计,加湿蒸发效率达到85%以上。

● 风系统

间接蒸发空调风系统由一次侧风系统(内循环)和二次侧(外循环)风系统构成,全部采用高效EC离心风机,各3+1负荷分担冗余工作。

● 控制系统

采用开放易扩展的PLC架构,基于最大化利用自然冷源,最少使用机械制冷,提供三种运行模式:

干模式——蒸发冷却关闭,机械制冷关闭(室外干球温度18℃以下,100%自然冷);

 
湿模式——蒸发冷却运行,机械制冷关闭(干球温度18℃以上,且湿球温度18℃以下,喷淋蒸发);

混合模式——蒸发冷却运行,机械制冷运行(湿球温度18℃以上,喷淋蒸发+部分辅助制冷; 湿球温度32℃以上,100%辅助制冷)。

● 结构系统

机组采用模块化设计,机组箱体结构性能符合EN1886,机组整体由主机段和扩展段组成,其中主机段从下到上分为三层:一层水力模块、二层制冷模块、三层风机模块;扩展段为灵活适配数据中心多种送回风需求场景的风管。

客户价值

采用间接蒸发空调,可以实现数据中心低成本、绿色可持续发展的目标,同时满足国家相关法规的PUE规定。

● 间接蒸发空调节约宝贵的水资源,其耗水量不足传统开式冷却塔的10%;

● 间接蒸发空调系统全年能耗约为自然冷风冷冷水系统的2/3(核算数据基于中兴通讯间接蒸发空调性能);

● 运维工作量和传统的直膨精密空调相当,远低于冷冻水系统(基于中兴通讯内部核算);

● 采用间接蒸发空调,中国大陆地区理论上可实现PUE 1.5以下(核算数据基于中兴通讯间接蒸发空调性能和相关专业气象信息)。

间接蒸发空调融合了现有自然冷FreeCooling以及机械制冷的优点,其模块化部署、高效节能、简单易维、低成本运行的特性,将成为适合数据中心大量采用的制冷解决方案。

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