《熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究》開題報告

1、中國移動集團(tuán)級重點(diǎn)研發(fā)項目（含聯(lián)合項目） 開題報告 一、項目編號及名稱： 熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究 、項目組: 三、課題背景和意義 201BOSS機(jī)房位于山西移動樞紐樓2層，面積約550平方米，機(jī)房現(xiàn)有不同 廠家的共7臺機(jī)房專用空調(diào)，空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)管上送風(fēng)、下回風(fēng)的送風(fēng)形式，各 空調(diào)通過靜壓箱相互聯(lián)通，以支風(fēng)管將冷風(fēng)送至機(jī)架過道上方。 現(xiàn)機(jī)房內(nèi)空調(diào)冷 量已經(jīng)達(dá)到飽和甚至不足，全部空調(diào)均全負(fù)荷運(yùn)行，沒有冷量冗余，并且由于機(jī) 房空間的限制，無法再增加新的傳統(tǒng)機(jī)房專用空調(diào)， 這樣長期運(yùn)行，機(jī)房存在非 常嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場測定回風(fēng)溫度，IBM的P系列小型機(jī)出風(fēng)溫度明顯高 于其他

2、機(jī)組，且超出或接近IBM廠家規(guī)定的溫度，已達(dá)臨界。如果靠近IBM機(jī)柜 的一臺空調(diào)進(jìn)行停機(jī)維護(hù)時，其對應(yīng)的區(qū)域溫度立即攀升，六臺IBM機(jī)柜溫度甚 至高達(dá)43C，整個機(jī)房溫度也明顯上升。此時，必須在機(jī)房的此區(qū)域增加兩臺 軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制空氣循環(huán)制冷，否則，環(huán)境溫度的升高將嚴(yán)重影響重要服務(wù)器 的正常工作，局部過熱時間過長，服務(wù)器甚至可能會出現(xiàn)宕機(jī)，這將會導(dǎo)致計費(fèi) 系統(tǒng)的嚴(yán)重事故。 本項目創(chuàng)造性地將SIS熱管制冷背板系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)房，結(jié)合自然冷源冷 水機(jī)組組成一個高效、可靠、節(jié)能的制冷機(jī)組，采用 SIS熱管制冷背板系統(tǒng)，針 對大功率機(jī)柜按需供冷，即可以有效地解決機(jī)房內(nèi)大功率機(jī)柜造成的局部熱點(diǎn)難 題，

3、又可充分地利用自然冷源進(jìn)行節(jié)能。由于熱管蒸發(fā)器安裝在機(jī)房背板上， 不 占用地面空間，節(jié)省了機(jī)房空間。設(shè)備工作性能穩(wěn)定，故障率低，維護(hù)量小，經(jīng) 濟(jì)及社會效益明顯，值得在全集團(tuán)進(jìn)行推廣。 四、課題研究目標(biāo) 本項目主要針對通信機(jī)房特別是IDC機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房和BOS計費(fèi)機(jī)房因采用 大功率機(jī)柜發(fā)熱量大， 從而造成機(jī)房局部過熱難題進(jìn)行研究， 通過改善機(jī)房氣流 組織，解決局部熱點(diǎn)問題；提高空調(diào)系統(tǒng)的利用效率，降低機(jī)房空調(diào)用電量，實(shí) 現(xiàn)節(jié)能增效； 探索機(jī)房高密度散熱技術(shù)， 為集團(tuán)的高密度機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提 供參考。 五、課題研究內(nèi)容 （ 包括研究總體框架、難點(diǎn)及解決方案、主要技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)等） 5.1

4、研究總體框架 1、本項目主要針對大功率機(jī)柜（單機(jī)柜 5KW以上）發(fā)熱量大，造成機(jī)房局部過 熱難題，研究采用可利用自然冷源的高效分布式制冷模塊 SIS 熱管制冷背板 系統(tǒng)，來解決機(jī)房內(nèi)局部熱點(diǎn)問題。 2、熱管冷源方式的監(jiān)測與研究，得出自然制冷模塊與冷水機(jī)組切換的室外溫度 建議。 3、研究室內(nèi)冷劑管路長短對熱管制冷的影響， 給出室內(nèi)循環(huán)冷劑管路允許使用 的長度建議值和室外中間換熱器與室內(nèi)設(shè)備高度最小建議值 . 4、通過理論分析計算與改造前后機(jī)房空調(diào)實(shí)際耗電量的變化， 對節(jié)電量進(jìn)行統(tǒng) 計，分析投資回收期。 5.2 難點(diǎn)及解決方案 1. 室外機(jī)安裝位置： 由于室外機(jī)平臺基本上已被機(jī)房專用空調(diào)室外機(jī)占滿

5、， 而熱 管空調(diào)室外機(jī)的體積又比較大，只能安裝在樓頂、地面或其它空閑位置。 2. 熱管中間換熱器與制冷背板之間管路的連接：由于機(jī)房內(nèi)情況比較復(fù)雜，走 銅管需要動火焊接，直接影響機(jī)房安全， 所以采用高品質(zhì)的專用軟管來進(jìn)行連接。 3. SIS 制冷背板的制作及安裝：由于是按需制冷，而每臺需降溫的機(jī)柜形狀又 不同，所以制冷背板需要根據(jù)機(jī)柜的實(shí)際尺寸進(jìn)行訂制。 4.SIS制冷背板的安裝：SIS制冷背板根據(jù)制冷量不同重量在幾十公斤，直接掛 在機(jī)柜上可能不穩(wěn)定，所以在制冷背板下面設(shè)計安裝了兩個可以上下調(diào)節(jié)的萬向 輪來做輔助支撐，有效地解決了重量支撐難題。 5.3主要技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù) 由于201機(jī)房中，小

6、型機(jī)機(jī)柜發(fā)熱量較大，排風(fēng)溫度過高，嚴(yán)重影響了鄰近 機(jī)柜的散熱條件，目前為解決局部熱點(diǎn)，采用的是在小型機(jī)機(jī)柜附近安裝兩臺 4KW風(fēng)機(jī)，增加局部循環(huán)風(fēng)量的方法。此方法能夠在一定程度上減輕了局部熱點(diǎn) 的現(xiàn)象，但是噪音大，造成機(jī)房氣流組織混亂，又耗電。 經(jīng)對現(xiàn)場情況分析，201機(jī)房的問題集中在如何解決多個10kW機(jī)柜高發(fā)熱 的問題上，常規(guī)的增加空調(diào)、遠(yuǎn)距離送風(fēng)不能解決局部熱點(diǎn)問題， 加風(fēng)機(jī)也是臨 時解決措施，需采用有針對性的高熱密度制冷設(shè)備進(jìn)行冷卻。 針對這種情況，本次改造采用可利用自然冷源的高效分布式制冷模塊 SIS熱管制冷背板系統(tǒng)，將機(jī)房內(nèi)14個小型機(jī)機(jī)柜的背部柜門改換成 SIS熱管 制冷背板，來

7、解決機(jī)房內(nèi)14個小型機(jī)機(jī)柜的局部熱點(diǎn)問題。 圖1-SIS制冷背板工作示意圖 電源設(shè) 備 電源設(shè) 備 II岡 NCfNMS EMC 3700 EMC DMX3 A光纖 尊換機(jī) EMC 8830 B4# 3 1 HP D380 HP K580 HP K580 A500 A500 HP K360 HP K360 HP N400( IBM H85 IBM H85 IBM M85 IBM M85 IBM M85 IBM M85 IBM M85 ibM M85 k 4 l 4 7# 空 調(diào) f HP X6600 r 1 H 5 6 Hp 陣列 HP K580 HP K570 HP K570 IBM H85

8、 IBM H85 BM T85 L 二 DDF DDF EMC DMX200C 36C. HF- 3440 DMX STK L700E 1000 9960磁盤陣列 7206 DDF ALTn P40008 3# UP輸入柜 廠14- 交流配電柜 pc服務(wù)器與撥打測試儀等設(shè)備 2# 思科 4506 （停用） 1# 磁盤 DS8 陣列 100 磁 扌盤陣列 DS8300 圖2局部熱點(diǎn)位置示意圖，虛線框指示區(qū)域的 114號機(jī)柜。 （一） 室內(nèi)部分 采用“SIS制冷背板”。將小型機(jī)機(jī)柜的背門更換成“SIS制冷背板”， 使機(jī)柜排出的熱風(fēng)經(jīng)過背板降溫后， 再排放到機(jī)房環(huán)境中，在不占用地面空 間的前提下，徹

9、底解決局部熱點(diǎn)問題。 圖3-SIS熱管制冷背板 “SIS制冷背板”內(nèi)充裝無毒、無腐蝕、不燃的氣態(tài)制冷劑，安全等級高， 發(fā)生泄漏時，不會對機(jī)房內(nèi)的人員、設(shè)備產(chǎn)生危害。 “SIS制冷背板”采用柔性管路連接，安裝完畢后，可像機(jī)柜原柜門一樣自 由開關(guān)，不影響機(jī)柜內(nèi)設(shè)備維護(hù)工作。 （二）室外部分 室外部分采用“可利用自然冷源的冷水機(jī)組 +熱管中間換熱器”。冷水機(jī)組 為整個系統(tǒng)的冷源，并將冷量通過“熱管中間換熱器”傳遞至制冷劑中，由制冷 劑輸送至“SIS制冷背板”，實(shí)現(xiàn)機(jī)房內(nèi)無水進(jìn)入，從而保證了該改造系統(tǒng)安裝、 施工時，不影響機(jī)房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行和人員的正常工作，系統(tǒng)運(yùn)行時，也不會給機(jī) 房帶來安全隱患。 “可

10、利用自然冷源的冷水機(jī)組”：在氣溫炎熱時段，采用高效制冷模式運(yùn)行; 在過渡季節(jié)、寒冷季節(jié)采用自然冷源模式運(yùn)行，充分利用自然冷源降低制冷能耗， 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)制冷，節(jié)能運(yùn)行。 （二）智能監(jiān)控系統(tǒng) SIS熱管智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控整個SIS熱管制冷背板系統(tǒng)各個部件的運(yùn)行 狀態(tài)： （1）風(fēng)機(jī)、泵、冷機(jī)、制冷劑等狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，發(fā)生故障時自動發(fā)出 告警”，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)； （2）智能調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，保證全顯熱換熱; （3）智能協(xié)調(diào)高效主動制冷模塊、自然冷源模塊的運(yùn)行狀態(tài)，使兩個模 塊運(yùn)行無縫接合。 （四）改造方案 室內(nèi)部分的藍(lán)色管路為背板連接的柔性管路，中間無接口接駁，充分保證密 封性能。柔性管路分為兩組，

11、一組從天花板上走，另一組從地板上走。柔性管中 充裝制冷劑。根據(jù)機(jī)房及機(jī)柜的勘察情況，本項目選用“SIS熱管制冷背板”型 號為“ SISCRD08 接待大廳屋面 EMC IMS HP D380 K580 80 360 HP K360 EMC DMX3 HP IBM IBM IBM N4000 H85 H85 M85 IB IBM IBM M85 M85 :機(jī)纖 emc 883( DDF ip FX6600 HP 陣列 IBM IBM HP HP HP K580 K57( K570 H85 H85 *85 補(bǔ)水管- 二樓衛(wèi)生間 空7# UP輸入柜 14-14 3440 DMXSTK L700E f

12、000 9960磁盤陣列 7206 DDF !# 9 10 1112” 14 |PC服務(wù)器與撥打測試儀等設(shè)備 BM BM BM 570 570 550 1磁盤陣列 磁盤陣列 1 DSi 100 DS8300 圖4 SIS熱管制冷背板改造示意圖 室外部分為“熱管中間換熱器”和“自然冷源冷水機(jī)組”，其中“自然冷源 冷水機(jī)組”中使用防凍水，在氣溫-25 C50C均能正常運(yùn)行。熱管中間換熱器安 裝在機(jī)房西墻上，自然冷源冷水機(jī)組安裝在一層接待大廳的樓頂上。 （五）方案的主設(shè)備配置清單 設(shè)備名稱 方案簡介： A.消除局部熱點(diǎn) B. “風(fēng)冷”自然冷源 自然冷源模塊 風(fēng)冷自然冷源模塊 咼效主動制冷模塊 制冷量

13、：120kVx 1臺 SIS熱管制冷背板 8kWx 14 個 熱管中間換熱器 40kWx 3 個 智能監(jiān)控系統(tǒng) 1套 總制冷量 112kW 表1改造方案主設(shè)備配置清單 （六）節(jié)能效果測算 1、原空調(diào)系統(tǒng)用電量分析： 空調(diào)系統(tǒng)各項用電量計算如下： A. 風(fēng)機(jī)功耗 室內(nèi)風(fēng)機(jī)功耗=總制冷量/12=41.7kW 為緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)現(xiàn)象，機(jī)房內(nèi)安裝了兩臺4kW勺落地風(fēng)機(jī)，功耗=4kW x 2=8kW 原機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)風(fēng)機(jī)總功耗=41.7kW+8kW=49.7kW B. 制冷功耗 制冷功耗二空調(diào)冷負(fù)荷/COP=309.7kW/3=103.2kW C. 加濕功耗 加濕功耗二機(jī)房空調(diào)冷負(fù)荷x 10%x 10

14、0%=178.9kVX 10%X 100%=17.9kW 2、安裝“ SIS熱管制冷背板”后，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的用電量分析： D. SIS熱管背板系統(tǒng)”室外部分功耗 制冷時段：6540小時，功耗35kW 自然冷源時段：2220小時，功耗3.3kW 室外部分用電量=制冷時段用電量+自然冷源時段用電量 =35kWX 6540 小時 +3.3kWX 2220 小時=23.6 萬度/ 年 改造后： 機(jī)房空調(diào)年平均功耗二空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)功耗x空轉(zhuǎn)率+制冷功耗+加濕功耗 =353.8kW/12 x (1-178.9kW/353.8kW)+59.6kW+17.9kW =92.1kW 機(jī)房空調(diào)年用電量二機(jī)房空調(diào)平均功

15、耗X 8760小時=92.1 X 8760=80.7萬度/ 年 “SIS熱管背板系統(tǒng)”年用電量=室外部分用電量+室內(nèi)部分用電量=24.8萬 度/年 改造后201機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)總用電量=機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)用電+SIS熱管制冷背板系 統(tǒng)用電=80.7萬度/年+24.8萬度/年=105.5萬度/年 對比改造前機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)用電量，貝 改造后的理論節(jié)能效果=改造前用電量-改造后用電量 =138.5萬度/年-105.5萬度/年=33萬度/年 理論節(jié)電率=33/138.5 X 100%23.8% 機(jī)房平均電價按0.8元/度計算： 投資回收期=100萬元/26.4萬元=3.79年 3、實(shí)際節(jié)能效果要通過對制冷背板運(yùn)行

16、前后機(jī)房空調(diào)耗電量進(jìn)行統(tǒng)計分析 才能得出 六、專利檢索情況 SIS制冷背板技術(shù)通過國家專利局實(shí)用新型專利審核，名稱為 一種機(jī)柜節(jié) 能散熱背板系統(tǒng)，專利號ZL 2010 2 0594405.X,，專利權(quán)人北京納源豐科技 發(fā)展有限公司。 七、已有的研究工作積累和取得的研究成果 針對機(jī)房局部過熱難題，我公司在前幾年采用“冷通道全封閉變風(fēng)量精確送 風(fēng)方案”進(jìn)行治理，在靜壓箱和風(fēng)管間加裝一臺1500立方/H的軸流風(fēng)機(jī)，通過 靜壓箱將冷風(fēng)送到鋁合金風(fēng)管，風(fēng)管安裝在靜壓箱的正下方，通過風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的 牽引下讓不同流量的冷風(fēng)直接送到高發(fā)熱機(jī)柜柜后門，并在安裝了一個全封閉隔 熱的門背罩，形成了一個全封閉的制冷通道

17、，在后門上加裝了兩個720立方/H 軸流風(fēng)機(jī)，來增大冷卻風(fēng)量。軸流風(fēng)機(jī)功率的大小由設(shè)備的散熱量來確定，可做 到不同設(shè)備用不同冷風(fēng)量來精確送風(fēng)降溫，解決了機(jī)房局部高溫的難題。403機(jī) 房軟交換設(shè)備的進(jìn)風(fēng)溫度由28度降到24度，設(shè)備出風(fēng)溫度由39.4度降到35.6 度，效果明顯。但是精確送風(fēng)只能解決 5KW以下的機(jī)柜發(fā)熱，5KW以上的機(jī)柜還 需采用其它方法來解決。 八、本課題的創(chuàng)新點(diǎn)和專利點(diǎn) 一、 創(chuàng)新點(diǎn)： 1) 采用 SIS 熱管制冷背板技術(shù)并并應(yīng)用在機(jī)房，在省內(nèi)是首創(chuàng)，在國內(nèi)也處于 領(lǐng)先地位。 2) 由于熱管蒸發(fā)器安裝在機(jī)房背板上，在不占用地面空間和機(jī)房空間的情況 下, 針對大功率機(jī)柜按需供冷

18、，可有效地解決局部熱點(diǎn)。 3) 安全等級高：由于是制冷劑輸送至“ SIS 制冷背板”，實(shí)現(xiàn)機(jī)房內(nèi)無水進(jìn)入， 消除了水患。 4) 能效比高節(jié)能效果明顯：熱管技術(shù)被動換熱無需壓縮機(jī)，內(nèi)外溫差為5C即 可高效工作，由于不使用壓縮機(jī) , 并且采用自然冷卻技術(shù) ,自然冷源利用率 高，系統(tǒng)的輸入功率為同等制冷量空調(diào)的五分之一， 能效比高達(dá) 10 以上(常 規(guī)空調(diào)能效比為 2.5 左右)。 二、專利點(diǎn)： 1) 熱管制冷背板高溫自動彈開的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2) 管路接口制冷劑泄漏監(jiān)測方法。 九、外部合作伙伴委托方案 本項目由我公司與北京納源豐科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)， 我公司購買納源 豐公司產(chǎn)品與技術(shù)，共同制定機(jī)房

19、改造方案，不涉及核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)。 十、預(yù)期研究產(chǎn)出 10.1 研究成果：熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究報告 10.2 標(biāo)準(zhǔn)成果：熱管制冷背板安裝調(diào)試規(guī)范。 10.3 專利成果： 1、熱管制冷背板高溫自動彈開的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2、管路接口制冷劑泄漏監(jiān)測方法。 10.4 試驗(yàn)成果： 1、熱管制冷背板運(yùn)行前后機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)溫度對比測試報告。 2、熱管制冷背板運(yùn)行前后空調(diào)節(jié)能效果測試報告。 十一、課題研究分工 無。 十二、項目研究計劃進(jìn)度 階段一： 時間： 2012年 1月 1日至 1月 22日 工作內(nèi)容：項目啟動，主要包括以下工作 建立項目組織結(jié)構(gòu)，確定改造方案，明確分工； 階段二： 時間

20、： 2012年 2月 15日前結(jié)束。 工作內(nèi)容：合同簽訂。 通過該項工作，明確合作雙方職、權(quán)、利的關(guān)系，確定系統(tǒng)整體工作時間 階段三： 時間： 2012年 3月 20日前。 工作內(nèi)容：方案實(shí)施。 階段四： 時間： 2012年 4月 30日前。 工作內(nèi)容：設(shè)備測試及完善。 階段五： 時間： 2012年 5月 30日前。 工作內(nèi)容：改造方案驗(yàn)收、總結(jié) 十三、項目關(guān)鍵技術(shù)決策點(diǎn)及完成時間計劃 項目關(guān)鍵決策點(diǎn) 決策點(diǎn)簡要描述 研究完成時間計劃 方案確定 制定切實(shí)可行的改造方案 2012.1.22 方案實(shí)施 安全可靠地完成改造方案 2012320 設(shè)備測試及完善 對已完成的改造方案進(jìn)行測 試及完善 2012.4.30 改造方案驗(yàn)收 元成改造方案的驗(yàn)收工作 2012.5.30 十四、項目企業(yè)績效貢獻(xiàn)情況預(yù)測 項目對企業(yè)績效貢獻(xiàn)的量化路徑圖 項目特征指標(biāo)（PAV ） 指標(biāo)名稱 項目應(yīng)用前指標(biāo)現(xiàn)狀值：PAVc 項目應(yīng)用1年后指標(biāo)預(yù)期值： PAVe1 此項目帶來的指標(biāo)變動量： PAV 企業(yè)特征指標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)類（EAV-PS ） 指標(biāo)名稱 項目應(yīng)用前指標(biāo) 現(xiàn)狀值（EAVc ） 項目應(yīng)用1年后指 標(biāo)預(yù)期值（EAVe ） 此項目應(yīng)用帶來的指 標(biāo)變動量（A