数据机房空调制冷节能解决方案

2018-08-25 08:18:00

数据机房空调制冷节能解决方案


数据机房空调制冷(Refrigeration)节能解决方案

  一、机房考察分析
该机房面积有3000平米,属于超大型数据中心,机房的总热负荷包括(bāo kuò)设备散热量、照明散热量、围护结构的热负荷、人体散热量和新风热负荷。前三项热负荷只有显热,后两项热负荷含有显热和潜热。设备、照明和人体热负荷全年基本不变,其余两项热负荷随室外环境温度和湿度(shī dù)会有所改变。服务(fú wù)器机柜数量众多,提供的机器功率密度较高,而且理论上可以不考虑人员新风量,因此机房总热负荷全年变化较小并且显热所占比例很大,而设备的发热量占总发热量的95%以上。机房内各种设备的总功率应以机房内设备的最大功耗为准。总之,机房热负荷应由上述各项热负荷之和来确定,设备散热量为最大(且为显热)。按计算,此机房所需冷量不小于12000KW。
通常计算机房散热量极大,散湿量(仅为人体散湿和少量新风湿量)却较少,热湿比几近无穷大。在分析热负荷时将其分为显热和潜热两部分,显热引起空气温度升高,而空气含湿量不变,即空气中水蒸气(简称水汽)含量不变;潜热引起空气含湿量升高,即空气中水蒸气含量提高,而空气温度不变。由上述分析可知,机房空调的空气处理过程在焓湿图上接近于等湿冷却的干冷却工况,这在一般的舒适性空调中是没有的。由于显热量大,热湿比近似无穷大,送风温差一定时(通常送风温差为4~6℃)送风与回风的焓差就较小,因而所需的风量必定很大。以这样小的送风温差送风是为防止计算机房结露,因为机房的设计基准温度较低,只有减小空调机送回风之间的温差,才能保证送风温度高于机房露点温度。 
  通常机房精密空调(conditioning)换气次数可达30~60次/h。由于机房热负荷强度高,而且机房设计为纯设备区,即使在冬季,通过围护结构传递进的冷量仍然明显低于机房内部的发热量,也就是说,即使在冬季,机房仍然需要空调系统进行供冷运行.这就是所谓的全年供冷运行,故所选用的精密空调的室外机(machine)在-30~45℃的室外条件下仍可正常(normal)制冷,保证了机房的正常使用。

  二、方案讨论
按以上计算及用户(user)初步意愿,采用130台索克曼精密空调直接膨胀风冷式机组(其中8台备用),单台机组可制冷量为100KW,可提供总冷量为13100KW.
这个方案固然可满足用户的需求,为响应全球节能的要求,我们团队(team)经过认真分析、仔细研究(research),发现还可采用索克曼精密空调节能型机组。
SOCOMAN节能型机组(unit)除了和其他机型一样采用高端节能的组件外,还启用了低温或温和气候下的节能制冷方式方法。
1.高端节能组件:
涡旋式压缩机(compressor)
先进的高效压缩机系统(system),可选单独或并联式组合;噪音低,高效节能(Energy saving),可靠性高,使用寿命长;全系列采用先进的压缩机效能高,运动部件少,延长机组(unit)寿命,无液击现象。压缩机内装有缺相保护装置,在电源缺相或压缩机过载的情况(Condition)下,能自动停止压缩机工作,保护压缩机电机。
2.电子膨胀阀:
索克曼精密空调选择意大利CAREL生产的EVD系列驱动装置,使用两只传感器(transducer)的读数测量过热度,并通过比例积分为PID逻辑控制膨胀(inflate)阀的开度,更好地利用蒸发盘管(平均过热度较低),这样在机组运行过程中就可获得最合适的过度热并能使其得到平稳地控制。机房空调顾名思义其是一种专供机房使用的高精度空调,因其不但可以控制机房温度,也可以同时控制湿度,因此也叫恒温恒湿空调机房专用空调机,另因其对温度、湿度控制的精度很高,亦称机房精密空调。另外,即使在很低的冷凝温度下仍具有较高的COP,因为电子膨胀阀可以允许系统在冷凝温度远低于38℃ 露点的情况下运转,使得压缩机的运行范围大增,与机械(machinery)阀的运行比较而言,电子膨胀阀的高效调节性和适应能力意味着空调系统可以再最大效率下运行。
3.EC电子换向风机:
选用无刷型,保证风机的高可靠性,启动电流小,耗电量(Electricity)小,并可通过微处理控制器对风机进行无级调速。精密空调通常舒适性空调冷负荷中有30%是为了消除潜热负荷,有70%是为了消除显热负荷。对机房来讲,其情况却大不相同,机房主要是设备散出的显热,室内工作人员散出的热负荷及夏季进入房间的新鲜空气的热湿负荷(仅占总负荷的5%)。
4.自由节能:
索克曼节能型机组采用了间接式节能方式,利用普通的乙二醇製冷系统进行製冷。当室外温度降低时,乙二醇制冷(Refrigeration)剂可以直接用于自由节能制冷。此时,乙二醇在制冷管道中循环,制冷剂回路和乙二醇回路同时制冷,这样就减少了压缩机的能量消耗。当室外温度低于临界温度时,单独使用节能型乙二醇制冷剂系统就足以驱散室内的全部热荷,压缩制冷系统就会完全关闭。整个机组就像一台加装了电动阀的传统冷冻水机组。SOCOMAN节能空调机组大大降低了用户的运行成本和缩短了资本回收.

  三、直接膨胀风冷式机组与节能型机组的比较:
根据本项目的机房实际情况(Condition),现从初次投资费用、运行成本费用 (年耗电(consumption)量)、回收投资年限等几方面比较风冷式机组和节能型机组,以100KW为例(例子中涉及(指关联到,牵涉到)的成本价格可能会随实际情况变动,欢迎垂询):
一):从初次投资成本(cost)来看:
直接膨胀风冷式机组:     
PDF100C,室外风冷冷凝器:FCA100  
制冷(Refrigeration)量:101KW     
地点:重庆 
设备成本价:189600.00元/台     
主要增加了以下部件:
1.节能水盘管
2.板式换热器
3.电动三通阀
4.干冷器 (由于干冷器里面是水和乙二醇的混合物,其与空气的换热效率比冷媒直接膨胀式低很多,故干冷器的尺寸比冷凝器的尺寸大很多,相对而说其材料成本价比冷凝器高70%左右)
 二)从运行成本-年耗电量:按单台设备整套系统来计算(包括室外机,水泵等)
如室内设定温度为24℃,当室温度高于室内设定温度时,节能水盘管则不工作,由压缩机(compressor)提供冷量;当室外温度低于室内设定温度时,水和乙二醇的混合物就经节能水盘管提供部份冷量;室外温度低于5℃时,节能盘管则可能提供全部冷量以满足室内热负荷(load),此时压缩机则完全不需要工作。
普通风冷机房空调与节能型空调对比:
直接膨胀风冷式
 
节能型空调
(风冷冷凝器室外机+精密空调室内机)
 
(风冷自然冷却机组+精密空调室内机(Indoor unit))
 
管路距离
 
受到室内外管路距离限制(limit),常规一般在15米内最好,一般机组的制冷(Refrigeration)量都是在20米管路距离下标定。如果总管路距离超过厂家标定距离,机组的制冷量为衰减严重,同时也会威胁压缩机的使用寿命。
无距离限制。
室内外机(machine)组位置
室外机组一般高于室内(indoor)机(Indoor unit)组,垂直距离最好不要超过15米,如果室外机组低于室内机组,垂直距离最好不要超过5米。
无限制条件,室外主机可以放置在建筑楼顶或者地面。
自然冷却功能
无可以实现,高效节能省电。
冬季运行
压缩机仍然开启,无法达到节能。
压缩机不开启,非常节能节电。而且还可以对机械(machinery)制冷系统(system)进行保养维护,且不影响系统运行。
 
故障点
 
制冷系统分散,故障点相对要多。
 
制冷系统集中,故障点相对要少。有自然冷却开启时,无需开启压缩机。对制冷系统起到了保护作用。故障率降低
 
使用寿命
 
机械制冷系统(system),常年365天运行,磨损(零部件失效的一种基本类型)严重。设计使用寿命为15年。
 
机械(machinery)制冷系统,一年内有近一半工作时间为休息状态,整个系统使用寿命可达20年。
 
机组本身价格
 
前期购置成本(cost)相对低,但因无自然冷却技术,无法达到节能省电。同等使用年限内总电费高。年限越长系统维护维护成本会越来越高。
 
前期购置成本(cost)相对高,但使用几年后,购置成本回收。机房专用空调采用一体式机身结构设计,具备新风节能、大风量、高显热、高效过滤、网络控制等功能,满足机房的高负荷长时间连续运转的散热要求。 特征:节能一体式机房空调采用一体式机身结构设计,具备新风节能、大风量、高显热、高效过滤、网络控制等功能,满足机房的高负荷长时间连续运转的散热要求。有自然(natural)冷却技术(technology),随着使用年限推移,越来越节能省电。同等使用年限内,总电费低。系统(system)维护保养成本也相对低。运营成本会越来越低。
 
重庆各月份的温度分布曲线如下:
 
综合机房空调机组的运行特性,将全年温度分为三个区间:
1、 环境温度>15℃,机组进行单纯的机械压缩制冷运行;
2、 当15℃≥环境温度>2℃时,机组进行混合制冷运行;
3、 当环境温度≤2℃时,机组进行完全自由节能制冷运行。
分别对以上三种情况统计出机组运行的时间(time)及能效比,由于环境温度>15℃时,自由节能机组只运行机械压缩制冷运行,与普通风冷机房空调(conditioning)运行时间及能效比相同,并没有节省能耗。当环境温度低于15℃时,机组即进行节能模式运行,开始节省能耗。
如下表所示。
查相关气象资料可推算出气温在各个温度区间的时间分布,机组的能效比均为2.9。再假设机组运行时间占2/3(即压缩机运行与停机时间比为
  2:1);在区间2,节能机组的节能模式时的运行时间占1/2。
由此可计算得:
普通机房空调全年的功耗:181007kW·h。
节能型空调(conditioning)全年的功耗:147894kW·h。
节能型空调比普通机房空调省电量:33113kW·h,节能率达18.0%;
电费平均按1.0元/度计算,则全年节省费用:33113.0元。
机组寿命可延长1326/5800=22.9%。机房专用空调采用一体式机身结构设计,具备新风节能、大风量、高显热、高效过滤、网络控制等功能,满足机房的高负荷长时间连续运转的散热要求。 特征:节能一体式机房空调采用一体式机身结构设计,具备新风节能、大风量、高显热、高效过滤、网络控制等功能,满足机房的高负荷长时间连续运转的散热要求。
索克曼为用户提供创新和高效的节能解决方案,应用高端节能机组和启用低温或温和气候下的节能制冷方式,大大降低了用户的运行成本和缩短了资本回收周期。机房空调的主要服务对象为计算机,为机房提供稳定可靠的IDC与检测机房工作温度、相对湿度、空气洁净度,具有高显热比、高能效比、高可靠性、高精度等特点。

 
 
 
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