热管空调

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idc机房专用空调

 

热管空调替换水冷式机房空调依靠氟泵运转能使空调的耗电量低90%以上

   热管氟泵背板式机房空调节能效果显著!

热管机房空调节能分析目录


一、热管空调节能原理

二、提高效率与精确制冷

1、提高蒸发效率

2、提高冷凝效率

3、精确制冷

三、热管氟泵制冷系统的功能及优点

四、试点机房资金回收周期

1、试点机房概况

2、单机柜5KW用电比较

3、单机柜5KW投资比较

4、回收周期

五、分析结论

一、热管空调节能原理

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多年机房节能改造表明,制冷专业本身具有深厚的基础实力条件,成功之关键在于对技术的整合和深度定制,最后以期实现高稳定性的制冷节能方案。这就是我们理解数据中心制冷节能逻辑:一定要在制冷理论基础上建立起来方案是可靠的。
*机房制冷其实就是一个冷量搬运的过程,分为冷源产冷、冷量传输和末端冷量利用三个环节。中普瑞讯在数据中心制冷节能则是分别在三个环节上做文章,从而合力达到制冷节能的目的。也许,这就是制冷理论和方案结合逻辑的道理。

水冷型热管背板空调原理图

热管空调

 

二、提高效率与精确制冷

1、提高蒸发效率
手段:提高风冷精密空调回风温度从25℃到28℃,节能10%。
原理:由于送风温度升高,制冷蒸发温度有所提高,在冷凝温度不变的情况下,从压焓图上可以看到,单位流量的制冷量提高而压缩机的压缩功减少,制冷效率提升。

2、提高冷凝效率
手段:风冷精密空调改为水冷空调,节能提高30%。
原理:相比于风冷精密空调,采用冷冻水系统,冷机制冷的冷凝温度可以控制在更低的范围内。在制冷蒸发温度不变的情况下,从压焓图上看到,冷凝温度降低使得单位流量下制冷量增大,而所消耗的压缩功减小,制冷效率提升

3、精确制冷(蒸发效率+冷凝效率+就近送风)
手段:RDU末端水分配单元+背板水平送风空调节能提高70%
原理:
1)、由于背板空调就近送风,送风距离短,同时送风温度高达35℃,从而利于提高了制冷蒸发温度,提高冷机制冷效率;
2)、通过大量运用CFD有限元仿真,确定了??槟谧钣诺目帕6群筒季?,使得温度场更加合理;
3)、风机分批启用,减少冷量的无效循环,让冷风送到需要的IT设备位置,从而减小风阻,降低风机功耗;
4)、标准化的设置、产品化的交付,在线监控预警,避免由于节能目的而导致稳定性降低。

三、氟泵热管制冷系统的功能及优点


1、泵制冷系统的主要功能是获取IT设备产生高达35℃的热量,并在该热量和房间空气混合之前抵消它。泵制冷系统采用二个循环拿走热量。在第一个循环里,把冷水机组里的水或水/乙二醇混合液泵到位于制冷剂分配机组(RDU)中的板式换热器里。

2、在第二个循环里,把R134a制冷剂从制冷剂分配机组(RDU)循环到位于机架服务器后方热通道的制冷??橹?。??榉缁讶确绱┕⑼ǖ琅坦?,完全蒸发掉液体制冷剂。制冷剂蒸汽然后返回到制冷剂分配机组(RDU)。在制冷剂分配机组(RDU)的板式换热器里冷凝成液体,把热量排到冷却水里去。

3、系统不仅等湿冷却。而且在排掉的潜能里没有能量浪费。只用很少的能量就能抵消IT荷载。热力抑制系统将进一步增加效率。把传统的计算机房空调器与泵制冷系统合在一起提供除湿控制。

4、当今最好的大型制冷机设计是在低压侧采用强制循环制冷剂的泵站。与其他系统相比,泵制冷系统有以下几大优点:
1)由于采用低温差直接蒸发,所以节省动力(相比压缩机泵前后压差?。?。
2)采用许多蒸发器,即使一个个相互隔得很远,也能可靠的分配和控制制冷能力(液体压力降?。?。
3)减少冷量搬运损失,热量不需要和房间空气混合,冷量直接送到机柜(自然形成冷热通道封闭)。
4)改善了蒸发器的效率(热交换是35℃和15℃,传统的是28 ℃和15 ℃ )。
5)提高了冷凝效率(RDU水冷板换)。

四、试点机房资金回收周期


1、试点机房概况
*本工程为“某电信机房通信楼十层、十一层层IDC机房氟泵热管背板空调技术试点项目”。每层机房面积约100m2,层高4.5米,架空地板高度约为500mm。每层各24个机柜。设备负荷为5KW/RAK。
*早先机房空调系统设计采用地板下送风型两台100KW水冷空调,冷冻水由冷冻站统一提供。冷冻水采用单管路形式,管路设置在机房的南侧走廊内,由南侧走廊冷冻水供回水管接至机房内空调。
*本项目试点工程中通信机房空调采用氟泵热管背板冷却末端,空调末端与通信 机房机柜紧密结合,热管背板安装于机柜的后门,冷却机柜排风。热管背板依靠自身内部工作液体的相变来实现传热,运行时工作液体的回流依靠氟泵带到室外制冷主机。
*验证范围:经过一年运行,验证热管背板系统机房制冷能力和用电情况以及其他经济效益装机密度提高,机房面积节约等以及管路布置,机柜内设备维护工程投资概算。

电信背板原理图 电信背板安装图

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2、单机柜5KW热管和水冷机房空调用电比较

机柜5KW用电比较


项  目

水冷型机房空调

水冷氟泵热管背板空调

机房使用面积

100

单机架设计负荷

5KW

机架数量(个)

24

机架总负荷

120KW

 

 




单台空调制冷量

100KW

-

数量

2+1台(两用一备)

-

空调总制冷量

200KW

-

单台冷媒分配式机组冷量

-

120KW

数量

-

2台(一用一备)

热管空调总制冷量

-

120KW

机组使用时间

365天

末端使用时间

365

平均电费

0.8元/度

总计耗电功率(均按最大用电量计算)

7.5×2=15KW

0.4KW

节电率

(15-0.4)/15=97%

空调年运行费用(万元)

15*24*365*0.8=10.5

0.4*24*365*0.8=0.29

节能空调节约运行费用(万元/年)

10.5-0.29=10.21

3、热管单机柜5KW投资比较

投资比较


项  目

水冷型机房空调

氟泵热管背板空调

机房使用面积(m2)

100

单机架设计负荷(kW)

5

机架数量(个)

24

机架总负荷(kW)

120

 

机房设备

单台空调制冷量(kW)

100

-

数量(台)

2+1

-

空调总制冷量(kW)

200

-

氟泵热管背板空调(kW)

-

120

数量(台)

-

2

热管空调总制冷量(kW)

-

200

机组投资费用(万元)

3*5=15

2*4+1.2*24=37

安装投资费用(万元)

4

N

总投资费用

19

37

 

4、回收周期

项  目

 

投资成本比较

37-19=18万

每年节电比较

10.21万/年

回收周期(年)

18/10.21≈1.76年

五、热管空调节能分析结论


1、背板空调的造价与机柜数量成正比,因此机架密度越高,单机架能耗越大,折合每个机架的投资越小,回收期越短。在单机柜功耗5KW以上的工况下,背板空调的投资回收期小于3年,但在单机柜功耗3KW以下的工况下,投资回收期在3年以上。


2、单机柜功耗在5KW以上的场景,一般出现在IDC机房和通信机房中核心网设备和IP网核心路由器等大功率机架上,因此背板空调可在IDC机房中进行推广,通信机房中可用于大功率机架的辅助制冷,解决局部热岛问题。


3、在IDC机房采用背板空调,不但节能效果显著,而且可以提高机房空间利用率和单机架利用率,即提高单机架业务收入,综合效益可观。

 

关键词:机房节能空调,节能型机房空调,机房空调

 

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