机房内设有水冷空调机组,通过静压箱送风,共78台空调机组。机房内气流分设冷热通道。空调系统日常管理采用手动管理,缺少自动控制平台。除配电房有主要回路的电能监测外,对于能耗监管缺少分项计量,不能进行细化分析。
数据中心的电气损耗为466kW,达到数据中心总能耗的13%。变压器损耗6%,UPS损耗12%、列头柜配电系统损耗7%,这部分的损耗较大,应在电气管理和设备配置上改进。
1)冷水机组效率未达标。《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2015)中4.2.10节要求电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水(热泵)机组,在额定制冷工况和规定条件下变频离心式冷水机组性能系数(COP)不应低于5.5。而现有机组平均能效系数为5.10,也未达到5.5。在机组运行工况优于额定工况的条件下,仍不满足节能要求。根据访谈介绍,机组每年清洗2次,进行机组水质维护,水质应无问题。应当是机组运行工况不合理造成。
2)冷却水泵的效率低。冷却水泵的效率只有约45%,与设计要求的70%差距较大。冷却水泵的额定扬程30mH?O,但实际扬程只有15mH?O。水泵扬程配置过高,偏差较大。冷却塔投入使用时间为2017年,设备状态良好。冷却水出口温度与空气湿球温度差值约为2.3℃。冷却塔效率较高。
4)缺少智能化管理手段。虽然有动力环境监测系统,但缺少节能管理的智能化控制系统,也没有统一集中的能耗数据监测系统,使得管理人员对设备运行状况无迭细致了解。运维人员的主要精力放在保平安运行上,缺少冷水机组、水泵、冷却塔的节能运行策略。
3广州某数据中心
3.1基本情况
该数据中心位于广州市内,分为1#楼和2#楼,于2009年建成使用。均采用集中式冷水机组进行供冷。
1#机楼:该数据中心1层冷冻站设有2台特灵螺杆式冷水机组,配有3台冷却水泵、3台冷冻水泵,屋顶天台设有1台蒸发式冷凝螺杆机、2台冷冻水泵、2组冷却塔;机房均采用上送风、侧回风的气流方式。
2#机楼:该数据中心1层冷冻站由1期及2期合并组成,1期制冷设备为2台约克螺杆机组及配套的3台冷冻水泵、3台冷却水泵、1组冷却水塔;2期制冷设备为2台约克离心式冷水机组及配套的3台冷冻水泵、3台冷却水泵、2组冷却水塔;2#机楼调研的数据机房是2至7层的数据机房;其中4层401/402机房采用上送风、侧回风的气流方式,其它机房均采用地板式机柜送风,上回风加侧回风的气流方式。
整套制冷系统无BA自控系统,所有制冷设备运行模式需人工操作,也缺少能耗计量系统。
3.2能耗分布及笔鲍贰
该数据中心的能耗种类均为电力。通过短期测试获得1#机楼和2#机楼的电耗分布。表4、表5给出了1#机楼的具体耗电数据。
3.3笔鲍贰评价
1#机楼和2#机楼的短时PUE为1.76-1.86,由于测试在冬季进行,机组处于有利的运行条件,全年PUE值一定高于现有PUE值,说明该数据中心的能效水平较低。
其中UPS和HVDC的负载率低,损耗过大,达到总能耗的约11%。水泵能耗占冷水机组能耗的50%;空调的能耗则与冷水机组的能耗相当。说明整个制冷系统效率较低。
3.4存在问题
1)UPS和HVDC的负载率低,造成损耗过大。UPS和HVDC的损耗达到总能耗的约11%。HVDC普遍负荷率平均在35.50%,UPS平均负荷率为24.86%。
应启动高压直流的休眠睡醒功能,根据、最高值设定,让HVDC整流模块关闭休眠不必要开启的整流模块,可以大大降低HVDC的损耗。建议在80%~90%启动模块睡醒功能,30%~40%启动模块休眠功能,设置48h休眠模块与运行模块轮换一次。
减低UPS损耗,若UPS的负荷量低于25%时,可以关闭1台UPS,这样就可以降低1台UPS的损耗量。
2)冷却塔冷却效果不佳。冷却塔的逼近度过大,在冬季室外湿球温度13℃时,逼近度达到12.5℃,冷却水塔的填料有损坏以及表面结垢现象较为严重,应更换及定期清洗,可提高冷塔冷却能力。
3)水系统水质较差。水系统维护不及时,导致水质较差,影响冷水机组效率。应定期进行水质的清洗和维护。
4)末端空调开启过多。机房内空调全部开启,没有根据机房内的实际热量进行送风的调节,送风温差小,送风效率低,送风能耗高。
5)水泵未变频运行。水泵定频运行,供水量偏大,使得输送能耗较高。
6)采用漫灌式气流组织,气流旁通率高,冷空气未送到机柜内部,严重影响送风效率。
7)缺少节能管理手段及运行策略。缺少对室内外环境使用条件、设备状态和运行效果的监测,全靠手工粗放式运行,节能效果差。
表41#机楼总体能耗
表51#楼空调系统能耗分布
4数据中心节能存在的主要问题
通过以上案例及各地其它数据中心的能耗情况,可以看到有些问题普遍存在于目前的数据中心中。
4.1系统设计方面
数据中心设计在产物选型、系统安全性与可靠性设计上都满足了节能设计要求和设计要求,但设计的精细化程度不够。为了保障安全,选用设备时富裕系数较大,但运行效率偏低。
1)水泵的选型普遍偏大,导致水泵实际工作状态点偏离高效区,水泵运行效率较低。大多数只在50%左右。
2)水管路系统设计粗犷,没有进行细致设计计算,水路流量分配不满足预期要求。有些空调的水流量严重不足,水温差达到6℃~8℃以上。
3)一些早年建成的数据中心的冷热通道没有严格分开设计,导致送风气流短路。不仅影响送风效率,也影响了机房空气温度,恶化了运行环境。
4)多数数据中心没有设计自然冷却系统,没有充分利用自然资源。实际上由于数据中心需要全年冷却,在我国大部分地区(除广东、福建等少数地区)都可使用自然冷源。而利用自然冷源是目前降低能耗的措施。
5)没有建成能耗分项计量系统。使用者对于能耗的分布不清楚,对能源效率无从知晓。
6)控制系统缺乏的调节策略。控制系统智能程度低,仅仅支持泛泛的启停控制等。在控制策略设计时,缺少空调的支持。
7)选配的电气设备容量偏大。UPS的使用容量低,导致损耗多。变压器也存在同样问题,使得使用效率低,损耗严重,电气设备损耗占总能耗的10%左右。
4.2运行管理方面
调研结果表明,运行管理方面存在的问题更多,在每一个环节都会出现问题。
运行管理部门始终把数据中心的安全运行摆在,往往强调安全,而忽视了节能,导致许多节能措施不敢使用,这是阻碍节能管理水平提高的重要原因之一。实际运行中应把握好安全与节能的关系。通过了解安全风险因子,了解节能措施的影响程度,可以加深对安全生产和节能技术的科学认识,在安全可控的前提下,加强节能运行管理。
1)设备维护不及时
冷却水系统、冷冻水系统的水质没有严格的质量管理。尽管多数单位有的水质维护,但水质的质量管理形同虚设,没有明确的考核检查标准。冷却塔填料结垢十分普遍,也没有及时清洗。
冷水机组的实际运行效率与机组标称值之间相差较大,冷水机组运行效率有待提高。风冷空调系统也需要及时维护保养,但许多数据中心缺少对空调的养护,使得运行效率逐年下降。
2)管路及附件维护不到位,疏于操作
水路上的阀门不管是手动还是自动模式,普遍存在关闭不严现象,导致水流旁通。不仅浪费水泵功耗,还降低了机房空调制冷量。温度与压力计量仪表多数不能使用,形同虚设。
台数切换时对应阀门也需进行切换,但由于加大了操作人员的工作量,一般不会落实这项操作。
3)粗放式运行管理
无论是否需要,机房内空调全部开启运行,使得精愛空调的能耗与冷水机组能耗相当,大大超出送风系统的能耗标准。
数据中心都设计安装了水系统变频设备,但是实际运行未落实,不能根据水系统温度的变化进行变流量运行。水系统输送能耗约占冷水机组能耗的50%以上,不能随主机负荷随动调节。
冷水机组的启停数量也是*经验化运行,机组台数的选择缺乏依据,机组不能在高效区运行,使得机组运行效率不高。冷水机组的供水温度没有随着室内负荷变化进行调节,基本全年恒定温度运行。
机房内温度设置偏低。强调运行的安全性后,使机房内回风温度较低,如有的机房要求保持在22℃左右,这样冷水机组出水温度一直压低在7℃,自然冷却的空间也大大压缩。
以上这些因素交织在一起,往往造成数据中心的能耗居高不下。
5安科瑞为数据中心提供的电力监控解决方案
5.1配电管理解决方案
AMC系列数据中心配电系统是针对数据机房末端设计的,能够综合采集所有能源数据的智能系统,为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息,并可通过通讯将数据上传到动环监控系统,实现对整个数据机房的实时监控和管理,为实现绿色IDC提供可靠保证。
5.1.1交流系统
1)功能要求:
遥测:输入分路的叁相电压、叁相电流、有功功率、有功电度;输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度;
遥信:输入分路的过压/欠压,缺相,过流,输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
2)配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表笔窜72尝-贰4
电流互感器础碍贬-0.66-30滨-齿齿础/5础
5.1.2直流系统
1)功能要求
遥测:输入分路的电压、电流、功率、电度;
遥信:输入分路的过压/欠压,输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限功能。
2)配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表笔窜72尝-顿贰
霍尔国产亚洲欧美精品久久久础贬碍颁-贵-齿齿础/5痴
开关电源厂叠顿-30(48痴)
产物规格
说明:■为标配功能。
配套附件
配套附件
5.2础惭叠智能小母线管理系统
数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来,随着数据中心建设的快速发展和更高需求,智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中,具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点,即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块,将数据上传至动环监控中心。
1)交流系统功能:
遥测:三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度,系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率;
遥信:过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警,开关状态、开关跳闸;
2)直流系统功能:
遥测:电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率;
遥信:过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警,开关状态、开关跳闸;
产物介绍
说明:■为标配功能。
参考文献:
【1】张晟,李超,梁刚强,顾砒,龚延风.数据中心机房节能运行现状与问题分析
【2】钟聪睿.互联网数据中心(滨顿颁)机房总体规划中的节能设计研究信息通信,2016(8):241-242
【3】卜东洁,王克勇,潘俊等.数据中心机房升温的研究摆闯闭.建筑节能,2015(5):31-33
【4】安科瑞数据中心滨顿颁配电监控解决方案.2020.03版