随着互联网时代的飞速发展,数据中心建设越来越强调大数据运算和可靠、安全运行,而数据中心在能耗方面的考量也成为冷却技术发展水平的标志。
数据中心冷却技术及系统设计高峰论坛于7月7-8日在上海成功举行。节能环保企业丹佛斯深入参与了本次活动。丹佛斯为近两百名数据中心同仁带来了“数据中心精密空调制冷系统高能效解决方案”主题演讲,从数据中心冷却技术发展趋势到服务器热密度及硬件安全所带来的挑战,以深入浅出的方式为行业同仁带来了丹佛斯的解决之道。
在论坛期间,本刊有幸对丹佛斯制冷事业部高级销售总监施俊先生进行了专访,与他深入讨论了丹佛斯在数据中心冷却领域的点点滴滴。
《暖通空调资讯》:数据中心冷却技术发展趋势是什么?
施俊:机房空调的特点明确:机房发热量大,有时甚至可达30kW/m³,发热量过高就可能导致机房设备出现宕机等问题,故需要全年制冷;高显热比,机房的热量主要是显热,显热比一般在0.9以上;高能效比,大部分机房空调采用涡旋式压缩机,COP最大可以达到5.6,整机的能效比可达到3.0以上;高精度设计,不仅要求对温度可以调节,也要求可以对湿度进行有效调节,机房空调一般要求温度精度达±2℃,湿度精度±5%,高精度机房空调甚至可以温度精度达到±0.5℃,湿度精度达到±2%;高可靠性,机房最注重的就是可靠性,全年8760小时需要无故障运行。综上内容,数据中心冷却在高效、节能的基础上要求零部件的可靠性高,能经得起运行环境的严苛要求。同时,零部件的控制精度要高,反应速度要快,以满足房间负荷变化时,快速提供相匹配制冷量的需求。
目前我国各类机房用电量已超过1000亿度,接近全国总电耗的2%,而机房能耗水平偏高,机房冷却有30-60%的节能空间,是我国节能减排的重要领域。同时,我国数据中心冷却也有诸多不同于欧美发达国家的特点值得我们关注:气候环境跨度大,有寒冷、干燥地区,也有炎热高湿地区;大气环境相对恶劣,空气中粉尘、硫化物等含量高等等,因此需要我们相应深入研究并发展出一套适合中国气候特点和机房特点的冷却技术体系。未能“因地制宜”也是我国数据中心冷却技术水平相对落后的一个根本原因,拿PUE(能源利用效率)来说,欧美国家的平均水平在1.2-1.8,而国内的PUE却远远高于这个水平,虽然我国在绿色数据中心方面已经做了大量的工作,但仍有很大的发展空间。
《暖通空调资讯》:服务器热密度为数据中心冷却技术带来了哪些挑战?
施俊:服务器热密度的提高,对于机房空调排热能力提出了更高的技术要求。传统的风系统已经无法满足制冷负荷的需求,需要引入各种新的制冷方式,如针对芯片的液体冷却或者水冷却等。同时精密空调冷却系统需要具有更高的灵活性,来应对服务器热密度的变化。丹佛斯的膨胀阀和变频压缩机可根据传感器电子信号快速响应温度和压力的波动,达到精确控制温度的功能。
《暖通空调资讯》:服务器的硬件安全一直以来都是数据中心最为关键的一部分,对此丹佛斯有何解决方案?
施俊:丹佛斯在空调元件的选型上也为数据中心冷却的行业伙伴提供优化选型方案。换热器方面,丹佛斯推荐采用微通道换热器产品,因为微通道换热器有其精确的温度控制功能、优秀的换热性能以及紧凑的结构,使得机房空调在保护终端客户敏感设备的同时,也可节省空间和电费。此外,与同类的铜管翅片式换热器相比,丹佛斯微通道换热器所需的制冷剂充注量可减少30%,从而更加有利于环境保护;在节流控制方面,丹佛斯实现精确控制。经测算,以上产品的应用可带来15%以上的节能。应用变频压缩机技术帮助机房空调实现更高能效和精密控温,目前是丹佛斯商用压缩机在该领域关注的重点,已应用的压缩机产品包括VZH直流变频涡旋,VTZ变频活塞等。丹佛斯不但在直流变频涡旋新产品开发中将机房空调作为重点目标应用,也会在现有产品方案基础上针对机房空调需求做出技术优化。
《暖通空调资讯》:数据中心对于环境带来了哪些影响?
施俊:与舒适性空调一样,在精密空调系统中,市场中依然存在着不少使用传统冷媒的系统,如R22等,丹佛斯致力于为市场带来零ODP环保冷媒的转变,例如目前的R410A压缩机。同时因为冷却系统耗能占数据中心的40%,大力推广高能效的冷却系统,尤其是注重部分负荷能效的变频系统以降低能效非常重要。
《暖通空调资讯》:为什么需要部分负荷与调节技术?
施俊:设计师在空调设计选型的时候,会根据最大负荷选择机型。而实际在大部分情况下,空调系统在部分负荷情况下运行,因而要求制冷系统输出的冷量与实际负荷匹配,以降低能耗。
《暖通空调资讯》:针对数据中心项目,丹佛斯在压缩机技术方面有何新的尝试和改进?
施俊:就变频压缩机技术而言:
1.丹佛斯率先向市场提供压缩机+变频器的成套解决方案,两者均为丹佛斯自有技术,经过充分开发验证,大幅减少整机厂商的开发负担并且保证可靠性,也方便终端用户的售后维护。
2.同时丹佛斯提供全面技术支持,帮助我们的客户应对向变频技术转变过程中的困难和挑战。
3.在市场现有的R410A变频涡旋产品中丹佛斯独家提供大冷量的解决方案:VZH单压缩机覆盖14-94kW冷量,经验证的混合并联方案更可拓展至167kW;无论是50kW以下的列间空调或是高至100kW以上的房间级空调都有合适的方案供选择。
4.新型号小变频涡旋压缩机系列在高能效变频的基础上增加了中间排气阀IDV技术,进一步提升部分符合效率,并且压缩机的运行范围向高蒸发温度的区域进一步拓展,能更好的满足典型机房空调应用的要求。
5.磁悬浮压缩机方面,丹佛斯即将推出Turbocor天磁TM全新VTT系列磁悬浮压缩机,除了沿用TT系列压缩机的成熟技术外,VTT系列以IntraFlowTM技术为特色,并将丹佛斯现有压缩机的冷量范围延伸至350冷吨(1230kW)。IntraFlowTM技术现正处于专利申请阶段,该技术有效降低了进气导流叶片与可变几何形状扩压器的成本与复杂程度,同时也简化了冷量控制过程,延伸了稳定的运行范围,并提高了压缩机效率。
《暖通空调资讯》:磁悬浮离心机在数据中心项目有何明显优势?
施俊:丹佛斯Turbocor天磁TM磁悬浮压缩机以磁悬浮轴承代替传统油润滑轴承,使冷水机组实现了100%的无油运行,避免了机组运行过程中的能效降低,为机组省去了油路维护的环节与成本;配合压缩机的集成变频驱动控制技术,在冷凝温度和/或热负荷变化时,通过变频控制调节电机和叶轮转速,将冷量大小调至与实际需求相匹配,节省能源损耗并提高机组在低负荷运行时的稳定性,保证机组即使在低至 10% 的极低负荷工况下也能平稳运行,弥补了一般制冷机组在低负荷运行下的不足,机组IPLV值最高可达11.5。压缩机体积仅为普通螺杆机组的二分之一,节约机组空间,节省数据中心制冷设备占地面积。
另外,机组搭载Turbocor天磁TM磁悬浮压缩机均采取单机头至多机头的并联设计,每台压缩机独立运行控制,赋予机组很高的安全冗余度,即使其中一台压缩机发生故障,其他压缩机仍可继续运行,并联运行中,在一台达到满负荷前,另一台机器将根据所需多余冷量自动开启并调节大小,避免单台压缩机长期满负荷运行,提高安全性。
《暖通空调资讯》:在使用磁悬浮离心机的数据中心项目中,丹佛斯有何标志性工程?
施俊:丹佛斯磁悬浮空调技术于多年前已广泛应用于欧美地区的数据中心,其节能效果与可扩容性得到市场和终端客户认可。在中国地区,中国电信海南枢纽楼是一个重要的标杆工程。位于海南省海口市的海南电信枢纽楼空调使用面积共25834㎡,旧制冷主机按照1+1冗余模式配置了2台750冷吨的离心机组与2台350冷吨的离心机组。改造项目增加2台600冷吨(2110kW)的模块化磁悬浮无油变频机组,每台机组搭载4台丹佛斯Turbocor天磁TM磁悬浮无油压缩机TT400。改造后的系统方案为:增加的1200冷吨的模块化磁悬浮压缩机冷水机组作为主要运行机组,旧机组作为后备机组。当系统负荷低于1200冷吨时,由2台600冷吨磁悬浮离心式冷水机组提供制冷;系统负荷超过1200冷吨,除2台磁悬浮冷水机组外,再根据负荷情况投入1台750冷吨或者350冷吨旧离心冷水机组。2台磁悬浮冷水机组分别在50%—100%负荷范围内调节,大限度地分别发挥磁悬浮冷水机组和老式离心冷水机组的效率。改造前,据2011年实测数据显示,旧空调系统的实际整体用电量为847万度,其中主机用电量为416万度,COP值约为3.41。改造后,2012年全年空调系统主机用电量为253万度,COP值达到7左右,全年主机用电量共节省163万度,节省电费128万元,减少CO2排放量达到520吨。可以确保精密控制的各类空调系统元件、与数据中心冷却很有渊源的微通道技术、在高效节能方面有突出成果的磁悬浮压缩机等等,都体现了丹佛斯一直致力于制冷与空调领域的创新精神。从元件到系统,丹佛斯愿与行业伙伴一起努力,为数据中心冷却提供完备解决方案。
上海三信自动化工程有限公司是丹佛斯Danfoss的中国一级代理商及特约技术服务中心,为广大客户提供丹佛斯变频器销售和售后服务,以及各种变频器维修保养。20年发展,努力成为客户可信赖的伙伴。