互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究

互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第1頁目錄1.數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題2.數(shù)據(jù)中心排熱過程分析3.數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑4.數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)應(yīng)用案例5.結(jié)論與展望互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第2頁1.1數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題數(shù)據(jù)中心是一類特殊建筑，用來集中放置和管理各類IT設(shè)備（如服務(wù)器、交換機(jī)、高性能計算機(jī)、工作站等）及其配套設(shè)施（電源、照明、空調(diào)等），以實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)存放、運算、通信、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等功效，為不一樣需求用戶提供實時高效信息處理服務(wù)。數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)和功效示意圖數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器機(jī)架互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第3頁1.1數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題不一樣類型數(shù)據(jù)中心由造紙廠改造芬蘭谷歌數(shù)據(jù)中心俄勒岡州谷歌數(shù)據(jù)中心冷卻塔水蒸汽布法羅地域Yahoo數(shù)據(jù)中心呼和浩特中國移動數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第4頁1.2數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)實狀況數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題世界數(shù)據(jù)中心耗電量分析[1]我國數(shù)據(jù)中心耗電量分析[1]數(shù)據(jù)中心能耗高：單位面積發(fā)燒密度高，整年連續(xù)運行預(yù)計到年，全球信息技術(shù)相關(guān)碳排放量將到達(dá)15.4億噸[2]，占全球總碳排放量5%，已經(jīng)成為溫室氣體排放重大起源之一。年我國數(shù)據(jù)中心耗電量迫近1000億度[3]。數(shù)據(jù)起源:[1]ICTresearch；[2]信息產(chǎn)業(yè)怎樣降低碳排放；[3]中國數(shù)據(jù)中心能效研究匯報互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第5頁1.3數(shù)據(jù)中心建設(shè)及擴(kuò)張趨勢數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)機(jī)房投資年增加率25%耗電量年增加率10%~15%服務(wù)器功率增加，散熱密度急劇增加[1][1]ASHRAETC9.9.數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱指南.楊國榮,陳巍,王振華,譯.2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,.互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第6頁1.4數(shù)據(jù)中心能耗結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題能耗組成主要能耗：信息設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)其它能耗：電源系統(tǒng)、照明等輔助設(shè)備能耗高信息設(shè)備（~43%）

空調(diào)系統(tǒng)（~47%）、供電系統(tǒng)（~8%）輔助設(shè)備所占百分比過高互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第7頁1.5數(shù)據(jù)中心能效指標(biāo)數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題PUE=數(shù)據(jù)中心年總耗電量/信息設(shè)備年耗電量北京市數(shù)據(jù)中心機(jī)房PUE情況PUE1.5~2.02.0~2.52.5~3.0>3.0累計機(jī)房數(shù)（座）7165937百分比18.92%43.24%13.51%24.32%100%我國大個別數(shù)據(jù)機(jī)房PUE>2.0有少許PUE在1.70附近大型數(shù)據(jù)機(jī)房國外歐美國家相當(dāng)數(shù)量機(jī)房PUE≈2.0先進(jìn)機(jī)房PUE<1.70Google機(jī)房(類型特殊)PUE<1.20互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第8頁1.6數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)實狀況及問題數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第9頁目錄1.數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題2.數(shù)據(jù)中心排熱過程分析3.數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑4.數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)應(yīng)用案例5.結(jié)論與展望互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第10頁2.1數(shù)據(jù)中心排熱本質(zhì)數(shù)據(jù)中心排熱過程分析傳熱過程室內(nèi)傳熱過程室外傳熱過程熱量采集熱量傳遞冷源選擇經(jīng)典機(jī)房傳熱過程互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第11頁2.1數(shù)據(jù)中心排熱本質(zhì)數(shù)據(jù)中心排熱過程分析1、換熱過程本質(zhì)分析2、換熱溫差本質(zhì)分析設(shè)備發(fā)燒室外大氣當(dāng)前冷卻方式溫差消耗大傳熱本質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第12頁2.1數(shù)據(jù)中心排熱本質(zhì)數(shù)據(jù)中心排熱過程分析經(jīng)過循環(huán)于室內(nèi)外之間工質(zhì)，實現(xiàn)芯片與室外冷源換熱，來實現(xiàn)利用自然冷源排熱根本目標(biāo)：維持芯片表面溫度不超出給定溫度穩(wěn)定地排出芯片產(chǎn)生熱量對于確定排熱系統(tǒng)，ΔT＝RXQΔT：芯片表面溫度－冷源溫度

R：系統(tǒng)等效熱阻

Q：要求排熱量互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第13頁2.1數(shù)據(jù)中心排熱本質(zhì)數(shù)據(jù)中心排熱過程分析ΔT＝RXQ【驅(qū)動溫差=熱阻X排熱量】當(dāng)芯片溫度－室外冷源溫度>ΔT時，能夠用室外冷源排熱當(dāng)芯片溫度－室外冷源溫度<ΔT時，需要運行制冷機(jī)，提供不足ΔT，以滿足排熱要求ΔT越小，能夠利用自然冷源時間越長；在必須開啟冷機(jī)時，要求冷機(jī)提供ΔT也越小，從而冷機(jī)功耗小怎樣降低ΔT？或者是怎樣降低排熱系統(tǒng)等效熱阻R？是充分用好自然冷源關(guān)鍵互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第14頁2.2數(shù)據(jù)中心熱量采集過程數(shù)據(jù)中心排熱過程分析經(jīng)典架空地板送風(fēng)方式冷通道溫度分布熱通道溫度分布機(jī)柜局部溫度分布互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第15頁2.2數(shù)據(jù)中心熱量采集過程數(shù)據(jù)中心排熱過程分析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心散熱形式運行時間長（整年不間斷供冷）送風(fēng)參數(shù)相對穩(wěn)定高顯熱潛熱比（顯熱負(fù)荷與潛熱負(fù)荷之比通常大于0.95）大風(fēng)量，小焓差模式耗電量大氣流組織復(fù)雜傳統(tǒng)集中式送回風(fēng)方式存在弊端互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第16頁2.3冷源過程數(shù)據(jù)中心排熱過程分析選擇適當(dāng)冷源形式風(fēng)冷：干球溫度蒸發(fā)冷卻：濕球溫度間接蒸發(fā)冷卻：露點溫度風(fēng)冷（冷源為室外干球溫度）蒸發(fā)式冷卻（冷源靠近室外濕球溫度）間接蒸發(fā)式冷卻（冷源靠近室外露點溫度）互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第17頁目錄1.數(shù)據(jù)中心用能現(xiàn)實狀況及問題2.數(shù)據(jù)中心排熱過程分析3.數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑4.數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)應(yīng)用案例5.結(jié)論與展望互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第18頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑氣候類型、制冷形式影響數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)能耗IT負(fù)荷率、規(guī)模、安全等級影響數(shù)據(jù)中心整體能耗各影響原因帶來數(shù)據(jù)中心能效差異怎樣評價？互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第19頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑GB50178-1993《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》能效怎樣比較？規(guī)模不一樣安全等級不一樣氣候類型不一樣制冷形式不一樣處理方案將各原因?qū)UE影響進(jìn)行精細(xì)化考量分析不一樣條件給各個分系統(tǒng)帶來PUE改變將條件改變對各分系統(tǒng)影響疊加后，作用于整體基準(zhǔn)PUE互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第20頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑1嚴(yán)寒地域、空氣冷卻式、安全等級B、負(fù)荷率100%、中等規(guī)模數(shù)據(jù)中心設(shè)定評價基準(zhǔn)：PUE=22單一系統(tǒng)因不一樣條件引發(fā)PUE差值累加例：將氣候條件、安全等級、負(fù)荷率等改變對制冷系統(tǒng)、UPS等能耗影響分別進(jìn)行計算3不一樣系統(tǒng)PUE差值累加例：將制冷系統(tǒng)、UPS、照明等PUE改變差值進(jìn)行累加，并作用于基準(zhǔn)PUE值4條件改變后PUE評價指標(biāo)例：嚴(yán)寒地域、空氣冷卻式、安全等級A、負(fù)荷率25%、小規(guī)模數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第21頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑100%25%50%75%負(fù)荷率負(fù)荷率直接影響IT設(shè)備能耗，制冷負(fù)荷改變又會影響壓縮機(jī)及輸配系統(tǒng)能耗互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第22頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑安全等級B級C級A級安全等級包括冗余設(shè)施配置，對安防設(shè)備等要求互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第23頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑不一樣地域數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)整年能效比AEER互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第24頁3.1數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑25數(shù)據(jù)中心能效綜合評價指標(biāo)

修正值單一條件改變能耗要求修正量壓縮機(jī)加濕新風(fēng)IT設(shè)備UPS供電照明其它輔助用房安全等級A000.02000.140000.02000.180B0000000000C0-0.020-0.0600-0.023-0.0040-0.0100-0.117氣候條件（水冷）嚴(yán)寒-0.145000000-0.145嚴(yán)寒-0.124000000-0.124夏熱冬冷-0.058000000-0.058夏熱冬暖0.0180000000.018溫和-0.069000000-0.069氣候條件（風(fēng)冷）嚴(yán)寒-0.018000000-0.018嚴(yán)寒00000000夏熱冬冷0.0240000000.024夏熱冬暖0.0510000000.051溫和0.0120000000.012負(fù)荷率2500.1200.24000.3180.0360.0600.0600.1300.9645000.0400.08000.1090.0200.0200.0200.0500.3397500.0130.02700.0010.0070.0070.0070.0230.0841000000000000其它

0000000000依據(jù)安全等級、氣候條件以及負(fù)荷率對PUE指標(biāo)進(jìn)行修正。修正值查表算例：嚴(yán)寒地域A等級水冷式75%負(fù)荷數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第25頁3.2分離式熱管數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑熱管技術(shù)熱管技術(shù)是利用工質(zhì)相變可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱、裝置適應(yīng)性和密封性好等很多優(yōu)點數(shù)據(jù)機(jī)房熱管排熱系統(tǒng)基于分離式熱管數(shù)據(jù)機(jī)房自然冷源利用設(shè)備經(jīng)過室內(nèi)外自然溫差實現(xiàn)循環(huán)排熱傳熱能力強(qiáng)、能耗低、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第26頁3.2分離式熱管數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑列間熱管

參數(shù)：風(fēng)機(jī)N+1配置。即插式風(fēng)機(jī)，便于維護(hù)。列間熱管安裝于機(jī)架旁，占用機(jī)房空間（300mm）。風(fēng)機(jī)含有調(diào)速功效。采取高溫冷凍水（12℃以上），無凝結(jié)水。制冷冷媒為R22、R134a、R407c?；ヂ?lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第27頁3.2分離式熱管數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑頂置式熱管參數(shù)：吊頂式熱管安裝于機(jī)房冷通道上方，不占用地面空間。風(fēng)機(jī)含有調(diào)速功效。采取高溫冷凍水（12℃以上），無凝結(jié)水。制冷冷媒為R22、R134a、R407c?；ヂ?lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第28頁3.3機(jī)柜級冷卻數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑以機(jī)柜為單位進(jìn)行冷卻：換熱器安裝在機(jī)柜內(nèi)，就近帶走熱量防止局部熱點，增強(qiáng)散熱能力可實現(xiàn)冷量按需分配換熱器安裝位置靈活：側(cè)背板機(jī)柜前后雙背板機(jī)柜后背板機(jī)柜工質(zhì)選擇：水（存在安全隱患）氟利昂互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第29頁3.3機(jī)柜級冷卻數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑理論方法利用熱管分布式冷卻方法定量描述了系統(tǒng)各步驟耗散成功處理了摻混和發(fā)燒不均勻問題互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第30頁3.3機(jī)柜級冷卻數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑運行原理示意圖產(chǎn)品外觀圖供冷量：3~15kW優(yōu)點

不占用機(jī)房原地面空間

機(jī)房按需供冷，機(jī)房無局部熱點風(fēng)機(jī)功耗小提供100kW冷量，風(fēng)機(jī)功率＜2kW100kW精密空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)功率為6~7kW互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第31頁3.4芯片級冷卻數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑熱管接入服務(wù)器帶走cpu所占60%熱量。其余40%熱量由機(jī)柜前后兩個背板換熱器散出。無水，無泵，維護(hù)方便，造價與能效比水冷方案更優(yōu)。換熱器雙級回路熱管系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第32頁3.4芯片級冷卻數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑雙級回路熱管系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第33頁3.5自然冷源利用數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑直接自然冷源利用優(yōu)點：直接利用自然冷源，結(jié)構(gòu)簡單缺點：灰塵、濕度、濾網(wǎng)維護(hù)、空氣中微量硫氧化物對IT原件腐蝕直接通風(fēng)帶來對IT元件腐蝕（微量SO2腐蝕）互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第34頁3.5自然冷源利用數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑間接自然冷源利用優(yōu)點：經(jīng)過換熱器換熱，防止了直接引入室外空氣而給室內(nèi)環(huán)境帶來影響缺點：風(fēng)阻大，風(fēng)機(jī)能耗過高體積相對較大，與室外聯(lián)絡(luò)過多換熱器輕易堵塞，需經(jīng)常更換過濾網(wǎng)，增加了機(jī)房維護(hù)量

互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第35頁3.5自然冷源利用數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑自然冷源與蒸氣壓縮循環(huán)結(jié)合系統(tǒng)運行模式示意圖優(yōu)勢：1.風(fēng)機(jī)數(shù)量無需增加，模式切換無需閥門2.兩循環(huán)相對獨立，杜絕潤滑油摻混3.管路簡練，加工方便4.過渡季兩循環(huán)共同運行兩循環(huán)并聯(lián)，三種運行模式：分離式熱管模式蒸汽壓縮制冷模式雙循環(huán)模式互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第36頁3.5自然冷源利用數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑自然冷源與蒸氣壓縮循環(huán)結(jié)合系統(tǒng)性能年運行時長計算結(jié)果北京地域數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)與復(fù)合型制冷系統(tǒng)能耗指標(biāo)CLF整年對比圖（黑：傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷空調(diào)紅：復(fù)合空調(diào)）互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第37頁3.6分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑分布式冷卻系統(tǒng)：

減小溫差損失，提升冷源溫度分離式熱管將機(jī)架和冷水直接連接，溫差損失小，冷源溫度高均勻分配冷量，消除局部熱點熱量傳遞和冷量輸配由空氣改為熱管（輸配能耗?。┙?jīng)過支管將制冷劑“按需分配”給末端換熱器防止大風(fēng)量送風(fēng)不均勻，消除局部熱點溫濕度獨立控制熱負(fù)荷：利用工質(zhì)相變帶走服務(wù)器散發(fā)熱量濕負(fù)荷：實時監(jiān)測機(jī)房環(huán)境濕度，依據(jù)機(jī)房要求判斷加濕或除濕互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第38頁3.6分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑溫度控制采取分離式熱管處理機(jī)房顯熱排放問題，將蒸發(fā)端直接安裝在機(jī)柜內(nèi)部，就近排走機(jī)柜發(fā)燒量，經(jīng)過流量調(diào)整，可到達(dá)按需分配，適應(yīng)機(jī)房發(fā)燒不均一特點。系統(tǒng)特點熱管排熱能力高，可適合用于高發(fā)燒密度機(jī)柜；提升送風(fēng)溫度，確保機(jī)房不發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象；降低甚至杜絕氣流摻混現(xiàn)象，縮短機(jī)房排熱流程；可有效利用自然冷源，降低機(jī)房能耗?；ヂ?lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第39頁3.6分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑多級式：采取多級熱管，可深入提升冷源溫度串聯(lián)式大溫差冷水系統(tǒng)：夏季——冷機(jī)冬季——自然冷源過渡季——聯(lián)動互聯(lián)網(wǎng)+云數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)研究第40頁3.6分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能效評價指標(biāo)及節(jié)能路徑濕度控制機(jī)房濕度傳感器恒溫恒濕機(jī)控制模塊低于要求濕度加濕高于要求濕度除濕到達(dá)濕度要