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精密空调节能领域独树一帜

打造一整套的节能生态体系

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一、前言

数据中心是信息时代的重要基础设施,也是传统的耗能大户,往往接近一半的消耗(用电)又被非IT设备所消耗,其中最主要的就是用于制冷的空调设备。

在节能环保的大趋势下,数据中心各种节能解决方案应运而生,本技术白皮书将对数据中心的一些节能技术予以介绍,并重点针对数据中心精密空调智能节能产品技术、产品定位、应用场景等方面进行描述和介绍。

二、行业背景

2.1数据中心耗能简要分析

数据中心不仅仅是一些服务器的集合,它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备,还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。为了让网民24小时享受网络便利,各大互联网xpj588588一直提供全天候无间断服务。然而各大网站的服务器由于长期运作,耗电量惊人。据美国有关机构历时一年多的调查发现,全球各大网站仅数据中心的用电功率,就相当于30个核电站的供电功率,其中UPS 占比18%、信息通信占比35%、配电单元占比5%、照明和其他占比2%、而其中约90%的电能大多被浪费。

在我国,服务器保有量约为500万台,服务器总耗电量约140亿KW/h,数据中心总耗电量约350亿KW/h,如果我国数据中心保持当前能效水平,服务器的平均功耗保持当前增速,2020年将超过2500亿KW/h,或超过当前全球数据中心的能耗总量。

数据中心耗电另一方面在设备的制冷上,数据中心内制冷设备(精密空调)根据数据中心功率、面积、发热量等数据进行匹配安装,每天24小时不停机运转,耗电量之高仅次于数据中心机房内设备,可以达到近48%

2.2主要节能方案和措施
数据中心的节能绿色化成为当下IT行业主要方向之一。并纷纷采取对应的措施。

       比如加拿大政府就采取加大共享服务消减数据中心的数量来降低能耗。其目标是要求485个联邦数据中心合并为7个,从而将其600000平方英尺而减少至180,000英尺,并减少了服务器数量,从23434台减少至14369台。同时建立了一套建筑能效标准,规定了采暖,空调,通风(HVAC)系统的效率。由于加拿大国土境内的大部分地区温度较低,因此在环境因素上就非常适合数据中心的建设和管理,之外还大量采用服务器虚拟化技术。

我国的很多数据中心,尤其是那些新建数据中心来说我们可以注意到很多数据中心都被建设在了西北地区,其实原因无非有二,其一就是西北地区幅员辽阔,建设数据中心的地皮成本相对低廉,第二就是西北地区温度相对较低,风力较大,这样一来对于数据中心的风力资源储备就提供了便利的条件。

数据中心合并或者选择更加适合的地理位置等并不是唯一的办法,大量采用虚拟化技术,减少正在运行的物理设备的数量,也有助于降低能耗。升级冷却策略也可以降低数据中心的能量消耗,因为冷却系统所消耗的电能也仅次于计算设备的能耗。

对于数据中心的制冷设备的节能,总体上可分为三个节能层级:

首先是部件级节能,通过采用更加节能的压缩机、风机水泵、冷却塔等零部件。

   其次是产品级节能,通过两种途径来大大节能效果。其一是采用整机能效比/冷功比更高的空调产品,其二是采用显热比更高的空调产品。

最后就是方案级节能,通过让制冷设备更靠近热源及利用自然冷源这两种途径来降低空调运行能耗。

对于传统数据中心(或机房),针对制冷空调系统的基本上有以下五种大节能方案

  1、新风自然冷却(直接式):直接把低温新风通入机房;

  2、空气热交换的自然冷却(间接式):通过气热交换器把室外侧的低温空气冷量转移到室内侧;

  3、水热交换的自然冷却(间接式):通过水热交换器把室外侧的低温空气冷量转移到空调冷冻水系统;

  4、制冷剂热交换的自然冷却(间接式):通过冷媒泵或热管动力,使制冷剂在室内蒸发器和室外泠凝器之间循环流动,利用室外低温空气把热量带走;

5、利用江河湖海作为自然冷源,由于海水常年温度恒定且情节,比较适用于数据中心的自然冷却,阿里云千岛湖数据中心便是此例。

在技术的发展和推动下,针对数据中心精密空调的新一代设备及系统也已经得到发展,技术和产品也越来越成熟,并且被越来越多的用户接受和使用。

三、新一代设备级精密空调节能系统

3.1系统介绍

新一代精密空调节能系统就是针对精密空调而展开的智能节能控制设备。

精密空调节能系统通过成熟的变频处理技术,结合传感器技术以及智能控制系统通过LC滤波输出设计、软启动智能控制、无级变频调速技术和传感技术从而将机房空调打造成一个安全、生态、节能的人工环境。

精密空调节能系统由温湿度传感、变频技术、智能控制仪等部件组成的一个智能的结合体。

温湿度传感原理:

温湿度传感器是指能够直接将温度和湿度两个基本的物理信号直接转化为电信号的装置。其主要组成部分主要包括湿敏电容和转换电路两部分,湿敏电容是由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极等四个部分组成。湿敏电容的两个下电极与湿敏材料,上电极构成的两个电容成串联连接。湿敏材料是一种高分子聚合物,它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时,湿敏元件的电容量随之发生改变,即当相对湿度增大时,湿敏电容量随之增大,反之减小(电容量通常在4856pf)。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化,对应于相对湿度0100%RH的变化,传感器的输出呈01v的线性变化。

精密空调节能系统利用传感技术进行检测,响应速度快,精度高,灵敏度高。现在传感器检测温度可达-273~1000度,湿度在几个PPM~100%RH,传感器精度可在0.001%~0.1%范围内,传感器可靠度可达8~9级。能在特殊环境下连续进行检测,便于自动记录。对人类五官不能感觉到的信息,进行连续检测,记录变化的数据。可以进行数据的自动运算、分析和处理。该系统将非电物理转换成电信号后,通过接口电路进行自动运算、分析和处理。

变频技术:

把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电(AC)。变频器同时改变输出频率与电压,也就是改变了电机运行曲线上的n0,使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流,获得较大的启动转矩,即变频器可以启动重载负荷。

变频器可分为电压型和电流行两种变频器。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。是整流器,整流器,逆变器。而变频器的主电路由整流器、平波回路和逆变器三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”。

智能控制系统:

智能控制系统就是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统,难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析,而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。精密空调节能系统内的智能控制系统通过其内部温湿度等传感器收集信号,在对信号进行加工处理,通过事先设定的参数来实现对整体设备的智能化自动化运转。

智能软件工程:

程序算法是对特定问题求解过程的描述,是指令的有限序列,每条指令完成一个或多个操作。精密空调节能系统拥有自身独立的智能软件系统,通过数据结构、算法和文档来实现对该系统运作,并与智能控制系统联合驱动系统的整体智能化运行。

 

当下各大精密空调生产厂家并没有对精密空调进行节能变频处理,其原因主要是由于精密空调的核心部件压缩机(目前绝大部分均为Copeland涡旋式压缩机)厂家处于各种原因还未进行完好的支持。

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献论及到了,1905年法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构,并申请美国专利。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机,具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法,因而长期未能完成其实用化。进入70年代,美国A.D.Lxpj588588完成富有成效的研究,首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电(SANDEN)xpj588588开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机,1983年日立xpj588588开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外,在美国,自Copelandxpj5885881987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后,CarrierTraneTecumseh等xpj588588也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机,其中,Copelandxpj588588的压缩机几乎垄断了市场,成为各大精密空调的核心标配部件。

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求,目前已应用于新一代家用商用空调器上,在90年代已经进入国内家用空调市场,其核心是:逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。目前,变频涡旋压缩机也已应用于部分柜式空调器上,节能效果明显,制冷系数提高20%左右,但在精密空调上,还未能形成全面的支持,但这是下一步的发展趋势。

我们经过多年的努力解决了逆变器、微控制器、PWM波等技术;主要针对Copeland涡旋式压缩机研发的变频模块解决了这一技术难题;节能系统主要针对老旧精密空调的升级改造,并作为那些未能实现精密空调变频技术处理的配套节能系统。

精密空调变频技术比较复杂,如果出现故障最好办法就是更换模块,精密空调的稳定性、可靠性是第一位的,需要在数据中心承担重大更换期间不会影响数据中心内环境温度的责任,这也是精密空调厂商对于将变频处理技术和模块直接集成在系统内采取非常慎重态度的原因之一。

新一代的精密空调节能系统是个独立于空调之外的系统集合。其中设定有旁路结构,该系统出现非常规状态时,可切换至旁路状态,以保证精密空调的正常运行,从而保障数据中心内设备的安全。

 

作为针对数据中心精密空调而设计开发的一种新型的独立系统集合,我们专注于该领域已超过5年时间,xpj588588技术人员通过时间的沉淀、测试不断的进行改革创新,使该系统能更加适应当今数据中心精密空调,能完好的适应各种海拔高度、温度、气压以及绝大多数的现有机房环境。

系统的主要特点是:节能效率高,运行安全、稳定、可靠,部署维护简单。

节能效率高:

系统除了针对压缩机,还针对室内外风机进行智能控制调节由工频到变频工作,系统实现机房空调根据负载情况优化运行,降低高频开关频率对电网和电机的冲击,并从而提高机房空调风机、压缩机工作效率。采用变频启动,启动平滑,增加电机、压缩机使用寿命延长空调设备使用寿命,减少维修成本,节能成效显著,节电率可达20%-28%,在行业内处于领先地位。

运行安全、稳定、可靠

系统设置旁路,在节能设备故障时可切换回定频模式,确保供冷连续;系统可根据负载率定期进行回油控制确保压缩机安全;设置报警功能接收原控制回路报警信号,双保险;新增传感器,与原控制系统信号互为备用。

系统保护功能齐全,具有欠压、过流、过载、过热、缺相、短路保护功能。具有高可靠性和安全性,根据负载率定期进行回油控制确保压缩机安全;

同时在在设计和制造环节,每一个器件都经过精心的筛选;每一步工艺都遵守严格的流程,并经过严格测试,确保系统的稳定性和可靠性,已经经过目前数百台的实际部署和实际应用。

部署及维护简单

节能设备串接在原控制回路上,施工时间短。

设备占用空间小,基本不影响现有机房布局,维护简单方便。

 

 

 

 


3.2产品系列参数表

规格型号

尺寸

KG

KW

Y

H

D

GL-FC-CT-06

500

1000

450

60

6

GL-FC-CT-08

500

1000

450

60

8

GL-FC-CT-12

500

1000

450

60

12

GL-FC-CT-15

500

1000

450

60

15

GL-FC-CT-20

500

1000

450

60

20

GL-FC-CT-25

500

1000

450

60

25

GL-FC-CT-30

500

1000

450

60

30

GL-FC-CT-35

500

1000

450

60

35

GL-FC-CT-40

700

1000

450

78

40

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