数据中心高能耗老旧机房节能改造案例

作者:兰洋科技    浏览量:4076    时间:2023年11月23日    标签: 数据中心能耗 节能降耗 制冷系统

数据中心机房是用来处理和传输大量数据的专用设施,一般部署了服务器、存储、网络、安全、变压器/UPS供电、安防、监控等设备设施。其中,服务器、存储、网络、安全等IT和网络通信设备均有较高的功率密度,且设备数也在不断增加。由于这些设备数量多且功率大,一般又需要24h运行,机房内会持续产生大量的热量,导致机房温度迅速升高。因此,需要部署制冷系统对这些IT和网络通信设备进行及时散热降温,保障设备的稳定运行。

近年来,我国信息技术行业快速发展,各地建设和升级了大量数据中心机房,以适应数据业务的快速增长。目前,国内多数数据中心机房能耗情况大体如下:IT和网络通信设备能耗约占30%,制冷系统约占45%,变压器/UPS供电系统约占24%,照明设备约占1%,而且国内数据中心机房运行的电能利用效率(PUE)很多都在2以上,能耗较高。

在国家“碳中和碳达峰”政策要求中,数据中心被列入第九大高能耗产业。国家部委要求:到2025年,大型、超大型数据中心运行PUE降到1.3以下。各省市也陆续出台政策,要求改造后的运行PUE,大型的数据中心不超过1.3,中小型1.4~1.5(京津冀、江浙沪、广深、成渝等)。目前,距离2025年年底只剩两年多时间,相当数量的数据中心机房的运行PUE还在2以上。在没有条件建造新数据中心机房情况下,对这些老旧数据中心进行节能绿色改造是必经之路。

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本文介绍的数据中心机房为2015年建成,中等规模,总建筑面积约5000㎡,部署约500个标准42U机柜,按照国家A级机房标准建设,采用了封闭冷通道、变频节能等技术,制冷系统24h对机房进行降温。

本文数据中心机房节能绿色化改造依循以下思路:因为制冷系统能耗在数据中心机房整个能耗中占比较高,通过减少制冷系统运行负荷、减少制冷总量,从而降低制冷系统能耗水平,这样就把数据中心机房整个能耗水平降下来了。该机房的制冷系统主要包括精密空调水泵等设备,以风冷系统为主,借助了水冷的技术优势,综合作用对机房设备进行散热降温。风冷系统的主要设备精密空调由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组成,基本工作过程为:压缩机将经过蒸发器蒸发后吸收了热能的制冷剂气体压缩成高压气体,然后送到室外机的冷凝器;冷凝器将高温高压气体的热能经过风扇向周围空气中开释,使高温高压的气体制冷剂从头凝结成液体,然后送到膨胀阀;膨胀阀将液体制冷剂降温后变成液、气混合态的制冷剂,然后送到蒸发器回路中去;蒸发器将液、气混合态的制冷剂通过吸收机房环境中的热量从头蒸发成气态制冷剂,然后又送回到压缩机,不断循环上述过程。该制冷系统基本能够满足机房设备的降温要求,但运行PUE超过1.6,不够理想。

经实地勘测了解,精密空调和IT设备、网络通信设备分别放在相邻的两间机房,中间有一堵墙,两个机房静电地板以下是连通的,墙体上端设有百叶窗,对存放设备两列机柜之间采取了封闭措施(冷通道),精密空调输送的冷空气通过风道进入到存放设备的机房后,从冷通道专用静电地板的镂空孔从下向上进入封闭冷通道,接着冷空气因为吸力进入设备前端,对设备进行降温散热,设备后端排出热空气,通过墙体上端的百叶窗进入专用风道排出室外。

笔者发现的主要问题是对冷空气封闭不彻底。一是机柜内没有存放设备的U部分是空缺的,设备后端产生的热空气会因吸力流动至设备前端,存在冷、热空气混合的问题;二是从精密空调房间输送过来的冷空气不仅输送到冷通道专用静电地板(镂空)正下方,因为和周围没有隔断,冷空气也会溢出至非发热位置和空间,存在明显的浪费冷空气现象。

经对了解到问题的分析,认为精密空调输送的冷空气以地板下送风的方式进入到存放设备的机房后,只有部分用于发热设备的散热降温,其他的冷空气由于没有密封溢出至非发热位置和空间,导致存放设备的机房冷空气使用量大大增加,进而精密空调负荷大,需要长时间高强度地运行。制冷系统本身能耗大,由于制冷系统本身在整个数据中心机房的能耗占比高(约45%),在机房设备实际功率一定的条件下,整个数据中心机房运行PUE也就居高不下。另外,由于机柜的空缺U部分没有安装逆避气流盲板(以下简称“盲板”),从设备后端排出的热空气,因为设备前端的吸力,被重新吸入至设备中,在设备前端进气口,冷空气和热空气混合进入设备。据现场实测,这类热空气再循环至设备,严重情况下,会导致机柜内设备温度整体上升约5~7℃,大幅度地降低了冷空气的使用效率,降低了冷却性能,也会对设备稳定运行产生明显影响。

根据上述分析,笔者对本案例机房进行节能绿色化改造,达到降低能耗、提升能效的目的。主要是采取两个措施:一是在机柜空缺的U部分安装机柜盲板,通过盲板安装,热空气从设备后端排出后,因盲板提供了屏障功能,截断了热空气流动到设备进气口的路径,避免了设备温度因此提高的问题,起到了提升制冷效果的作用;二是对从精密空调地板下方输送过来的冷空气进行隔离,在封闭冷通道对应的静电地板下方安装竖直挡板,让冷空气仅在封闭冷通道位置静电地板正下方的空间流动,不会发散溢出到地板下方其他部分,可以大大降低机房冷空气总量的需求,降低了制冷系统的运行负荷,也就减少了制冷系统运行能耗。因为制冷系统能耗在机房整个能耗中占比高,因此机房的整体能耗降低了。通过对改造后的机房实测,运行PUE降至1.4以下,该机房节能绿色化改造取得了预期效果。

按照国家“双碳”战略的要求,为了进一步提升数据中心机房的能效,降低其能耗,对高能耗的老旧数据中心机房的节能绿色化改造势在必行。本案例数据中心机房面临的高能耗问题具有普遍性,通过节能绿色化改造方案,取得了良好效果,对机房管理者能够起到启发思路和借鉴作用。

来源:网络

本文标题:数据中心高能耗老旧机房节能改造案例

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