行业应用|盘点:如何利用艾克森换热器免费打造低PUE数据中心

2018-08-14 17:38:44 / 打印

目前就职于微软的数据中心最有影响的专家Christian Belady在2006年提出数据中心能源利用率(PUE)的概念。如今,PUE已发展成为一个全球性的数据中心能耗标准。数据中心的PUE的值等于数据中心总能耗与IT设备能耗的比值,比值越小,表示数据中心的能源利用率越高,该数据中心越符合低碳、节能的标准。

目前国内一些小规模的传统数据中心,PUE值可能高达3左右,这意味着IT设备每消耗1瓦特电力,数据中心基础设施便需要消耗2瓦特电力。据网络上收集的相关信息,目前GDS建的4个机房在与第三方设计单位签约时,都是按照PUE值等于1.8的标准进行规划的。世纪互联近五年建设的水冷数据中心的 PUE值在1.5左右。鹏博士大型数据中心的PUE 设计值不超过1.5。

根据收集相关网站信息,全球最最节能的5个数据中心分别是:

雅虎“鸡窝”式数据中心(PUE=1.08)

雅虎在纽约洛克波特的数据中心,位于纽约州北部不远的尼亚加拉大瀑布,每幢建筑看上去就像一个巨大的鸡窝,该建筑本身就是一个空气处理程序,整个建筑是为了更好的‘呼吸’,有一个很大的天窗和阻尼器来控制气流。

Facebook数据中心(PUE=1.15)

Facebook的数据中心采用新的配电设计,免除了传统的数据中心不间断电源(UPS)和配电单元(PDUs),把数据中心的UPS和电池备份功能转移到机柜,每个服务器电力供应增加了一个12伏的电池。同时Facebook也在使用新鲜空气进行自然冷却。

谷歌比利时数据中心(PUE=1.16)

谷歌比利时数据中心竟然没有空调!根据谷歌公司工程师的说法,比利时的气候几乎可以全年支持免费的冷却,平均每年只有7天气温不符合免费冷却系统的要求。夏季布鲁塞尔最高气温达到66至71华氏度(19-22℃),然而谷歌数据中心的温度超过80华氏度(27℃)。

惠普英国温耶德数据中心(PUE=1.16)

惠普英国温耶德数据中心利用来自北海的凉爽的海风进行冷却。

微软都柏林数据中心(PUE=1.25)

微软爱尔兰都柏林数据中心,采用创新设计的“免费冷却”系统和热通道控制,使其PUE值远低于微软其他数据中心的1.6。

从上面可以看出,降低PUE最有效的措施是采用免费自然制冷措施和替代传统的UPS系统。

免费冷却技术

免费冷却(Free Colling)技术指全部或部分使用自然界的免费冷源进行制冷从而减少压缩机或冷冻机消耗的能量。常见的免费能源有:

中北部地区的冬季甚至春秋季,室外空气中储存大量冷量

部分海域、河流、地下水水温较低,储存大量冷量

部分地区的自来水中也储存了大量冷量

压缩燃气在汽化过程中产生大量冷量

目前常用的免费冷源主要是冬季或春秋季的室外空气。因此,如果可能的话,数据中心的选址应该在天气比较寒冷或低温时间比较长的地区。在中国,北方地区都是非常适合采用免费制冷技术。

数据中心在环境温度较低的季节,将室外空气经过过滤后直接送入机房作为冷源,也能节省大量能源,称为风冷自然冷却。这种自然冷却方式原理比较简单,成本也比较低,但存在以下不足之处:

要保证空气的洁净度不是一件容易的事。虽然可以通过高质量的过滤网保证空气的洁净度,但由于风量特别大,需要经常清洗更换,同时巨大的阻力也要消耗相当的能源。

湿度不好控制。加湿和除湿都是相当的消耗能源。如果采用简单的工业加湿设备,需要对加湿的水源进行高度净化(成本比较高),简单的软化水不能满足要求(对设备有害,长时间会在设备内部形成一层白色物质)。

温度过低,容易结露并除湿。因此需要进行细致严格的保温处理。

对于大型数据中心,由于距离远,风量特别大,这样就需要很大的风道,风机的电能消耗也非常的大。实际的设计和安装也是很困难的事。

不可能实现全年自然冷却,夏季的制冷方式还需要安装单独的空调设备。

因此,在大型数据中心中对自然环境要求较高,因此不推荐使用风冷自然冷却方式。

采用水冷空调系统,当室外环境温度较低时,可以关闭制冷机组,采用艾克森板式换热器进行换热,称为水冷自然冷却。这样减少了开启冷机的时间,减少大量能源消耗。湿球温度在4℃以下时可以满足完全自然冷却,在湿球温度4到10℃之间可是实现部分自然冷却。比如在北京,一年内平均有5个月左右可以实现完全自然冷却,有2个月左右可以实现部分自然冷却。节能效果将是非常明显的。

上述介绍的水冷自然冷却由于只需要增加一台不需要动力的艾克森板式换热器,投资和占地都比较少,是我们推荐的大型数据中心最佳免费制冷节能方案,系统的原理图如下。

上述带自然冷却水冷空调系统中具有以下三种工作方式:

夏天完全靠冷冻机制冷,通过阀门控制使得艾克森板式换热器不工作。

冬天完全自然冷却,冷冻机关闭,通过阀门控制冷冻水和冷却水只通过艾克森板式换热器。

春秋季节部分自然冷却。这时冷却水和冷冻水要首先经过艾克森板式换热器,然后再经过冷冻机组,阻力要大一些,水泵的扬程在设计时相应要大一些。

由于天气在不断的变化,上述三种工作方式也将不断进行转化。为了减轻运维人员的工作和精确控制,所有阀门建议采用电动阀,在空调系统管道若干位置加装可以自动采集数据的温度计、流量计和压力表等,通过一套自动化控制系统全年按最佳参数自动运行。

另外,在南方及北方不能采用免费冷却的时间和地区,亦可增加设计冰蓄冷系统并行(错开峰、谷用电)、江水源(地下水资源丰富的地区可采用地下水)热泵系统、联结区域制冷能源站(相同于集中供热,现在全国各地已在推行建设区域制冷能源站,用于夏季各写字楼、住宅等建筑及数据中心空调制冷系统)。

艾克森通过十几年的探索研发,针对不同数据中心的设计需求,已在数据中心制冷应用中积累了丰富的应用经验和技术,包含传统空调制冷换热应用、免费自然冷却换热应用、冰蓄冷换热应用、江水源(地下水)热泵换热应用、区域供冷能源站换热应用等,相比于其他换热器,艾克森针对不同需求开发多种制冷板型,结合艾克森随需应变的换热解决方案,可实现小温差换热(对数平均温差小于1℃),进一步提高换热效率,减少能耗,实现绿色、低碳、节能的数据中心。

国内知名企业以及多数大型数据中心采用艾克森的换热解决方案和换热设备,通过多年运行检验,完全达到、甚至超出设计需求效果。

今天,我们就盘点下,那些选用艾克森离我们那么远又那么 近的数据中心!

艾克森数据中心应用盘点(部分)

阿里巴巴数据中心

淘宝数据中心

百度数据中心

腾讯数据中心

华为数据中心

中国移动(多省市)数据中心

中国联通(多省市)数据中心

中国电信(多省市)数据中心

“天河二号”超级计算机数据中心

鹏博士(多省市)数据中心

世纪互联(多省市)数据中心

中兴通讯(多省市)数据中心

中兴能源(多省市)数据中心

重庆太平洋数据中心

中科院北京超级云计算数据中心

亚洲气候检测和预防数据中心

国家电网灾备数据中心

北京中国电子口岸数据中心

ELEHOUSE BDA数据中心

重庆同方云计算基地

上海银行数据中心

上海宝信(宝之云)数据中心

以上只是罗列了艾克森在数据中心部分业绩,通过十几年的辛勤耕耘,艾克森在数据中心换热应用积累了丰富的经验和技术,在打造绿色、低碳、节能数据中心上,艾克森换热可为您打造低PUE值数据机房提供强有力的支持,减少后期机房运耗,降低能耗成本!

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