蒸发冷却技术在超运算中心降温应用的分析与优化
发布时间：2021-07-20 12:50
随着经济的快速发展,我国即将步入大数据、云计算时代,使得数据中心需求量不断增加。有资料显示,于2016年,中国数据中心市场总规模已达714.5亿元。数据中心里面布置了大量服务器等IT设备,高发热量元件是核心部件半导体,为了维持机房热环境,从而需要巨大的冷量,导致冷却系统能耗是一般公共建筑25倍-30倍。因此,当务之急是降低制冷能耗,使数据中心更加节能。冷却塔自然供冷技术,是在室外湿球温度或干球温度较低时,利用室外冷源（空气、自来水、地下水、河水、江水、湖水）承担系统部分或全部的负荷,可以减少冷水机组的运行时间,提高数据中心的能源利用效率,是比较高效的供冷方案,而且关注广泛。本文所针对的对象是超运算中心,其特点为需要全年供冷且系统负荷具全年稳定、波动较小。在此背景下,本文以国家超算中心济南中心为研究对象,对比研究了冷却塔闭式直接免费供冷、冷却塔开式间接免费供冷、机械供冷三种方案的节能效果,并且对系统设计参数进行优化,分析超算中心冷却塔间接供冷系统的节能效果。首先,通过研究冷冻水供冷温度、冷却塔供冷的切换温度、理论供冷时数等,分析了影响冷却塔供冷系统运行能耗的主要影响因素,得出冷却塔供冷系...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据中心能耗组成图
山东建筑大学硕士学位论文-3-仅小于IT设备的耗电量，所以电源能耗最大的部分就是机房制冷系统。因此，数据中心提高能源利用效率的主要节能措施就是提高数据中心的制冷能效[10]。1.1.2末端节能技术数据中心发展至今，在不同行业、不同应用场合需求均不一样，所以空调系统与供冷系统的解决方法也有很多，应该根据不同的需求，选择安全且舒适的解决方法。精密空调对机房直接进行冷却适用的是比较早期数据中心的制冷系统，这是房间级制冷，缺点是混合的冷热气流、某部位温度过高，使制冷效率下降，造成能源浪费。所以，使用面对面、背对背的布置方式解决这些缺点，实行冷通热道隔离，把热空气和冷空气互相分开，不接触。TIA942《数据中心通信基础架构标准》是由美国在2005年发表的，其中表示，应该将热冷通道技术应用到机架中。研究得出，把冷通道和热通道分隔开的技术将会大大的降低冷热空气的混合，降低能源消耗，会节省系统能耗的5~10%[11]。为了更好的提高制冷效果，可以在冷热通道内设挡板，也可以将某个通道完全封闭，这样会将冷热气体更有效的隔离起来，节能效果会显著改善[12]。目前最有前景的节能方法，就是大部分数据中心使用冷热通道隔离加地板下送风的布置方式[13]。这两种末端制冷方式如图1.2和图1.3所示。图1.2冷热通道没有隔开的机柜布置
山东建筑大学硕士学位论文-4-图1.3机柜“面对面、背靠背”布置方式数据仿真和实验表明，房间级制冷只适用于数据中心设备功率密度很低的时候，制冷才会有效果，它的制冷有效范围是一台机柜1~2KW。然而，IT设备的峰值功率密度增加到单台机柜20KW甚至到30KW，要采取行级或者机柜级制冷的方式，由于离负荷中心特别近，这两种技术的冷热气流经过的路径最短，并且更加准确，将充分利用机房的制冷量，负载密度更高时也可以使用。行级、机柜级制冷技术和房间级制冷技术都采用风冷系统作为制冷系统，不过风冷系统具有一定的局限性，热量因其空气热容量低而排放效果差，故一种新的液冷技术产生。将空气换成冷冻液实现制冷就是液冷技术，把冷冻液送到机柜里面，与热空气交换热量进行制冷。冷板式是第一种节能方式，且应用较多。美国的液冷刀片，不仅密度超高，并且散热性能好。浸没式是第二种节能方式，它的降温效果显著高于第一种，它的PUE可以降到小于1.1，但机柜周围容易泄露液体，造成设备停机，且维修费用非常高，所以不如液冷式使用更广泛[14]。于2014年的美国SCI4大会，美国公司陈列出了浸没式液冷服务器。在同一年，国内制造出全浸式液冷服务器，在2015年的时候公布，这代表我国的在浸没式液冷服务器领域的最高水平。1.1.3自然冷却技术现在能源形势越来越紧张，国家对节能减排问题也越来越重视，大家逐渐意识到自然冷却技术应用的重要性。到目前为止，水侧和空气侧自然冷却技术是最常使用的，带有自然冷却的水冷机组和风冷机组分别在水源富足地区和寒冷地区采用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]数据中心研究（7）:自然冷却[J]. 殷平. 暖通空调. 2017(11)
[2]数据中心水冷空调冷源系统的节能运行[J]. 谢静,蒋雅靖. 电子技术. 2016(01)
[3]大数据浪潮下数据中心的发展[J]. 黄群骥. 智能建筑. 2016(01)
[4]数据中心制冷技术的应用及发展[J]. 朱永忠. 工程建设标准化. 2015(08)
[5]数据中心集中冷源空调系统设计综述[J]. 朱洪波. 电信网技术. 2014(10)
[6]通信机房应用直接蒸发冷却空调方式的优化及节能分析[J]. 黄翔,周海东,范坤,宋姣姣. 暖通空调. 2013(10)
[7]蒸发冷却技术在数据中心的应用探讨[J]. 黄翔,范坤,宋姣姣. 制冷与空调. 2013(08)
[8]蒸发冷却空调技术的诠释（3）[J]. 黄翔,孙铁柱,汪超. 制冷与空调. 2012(04)
[9]浅谈蒸发式冷气机在通信机房应用的几种形式[J]. 范坤,黄翔,周敏,周海东. 发电与空调. 2012(04)
[10]蒸发冷却空调技术的诠释（2）[J]. 黄翔,孙铁柱,汪超. 制冷与空调. 2012(03)
硕士论文
[1]带自然冷源的风冷冷水机组在数据中心空调系统中的应用[D]. 刘海静.北京建筑大学 2015
[2]电子厂房自然供冷空调系统应用的优化与其区域适应性研究[D]. 曾晓庆.上海交通大学 2014
本文编号：3292858
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据中心能耗组成图
山东建筑大学硕士学位论文-3-仅小于IT设备的耗电量，所以电源能耗最大的部分就是机房制冷系统。因此，数据中心提高能源利用效率的主要节能措施就是提高数据中心的制冷能效[10]。1.1.2末端节能技术数据中心发展至今，在不同行业、不同应用场合需求均不一样，所以空调系统与供冷系统的解决方法也有很多，应该根据不同的需求，选择安全且舒适的解决方法。精密空调对机房直接进行冷却适用的是比较早期数据中心的制冷系统，这是房间级制冷，缺点是混合的冷热气流、某部位温度过高，使制冷效率下降，造成能源浪费。所以，使用面对面、背对背的布置方式解决这些缺点，实行冷通热道隔离，把热空气和冷空气互相分开，不接触。TIA942《数据中心通信基础架构标准》是由美国在2005年发表的，其中表示，应该将热冷通道技术应用到机架中。研究得出，把冷通道和热通道分隔开的技术将会大大的降低冷热空气的混合，降低能源消耗，会节省系统能耗的5~10%[11]。为了更好的提高制冷效果，可以在冷热通道内设挡板，也可以将某个通道完全封闭，这样会将冷热气体更有效的隔离起来，节能效果会显著改善[12]。目前最有前景的节能方法，就是大部分数据中心使用冷热通道隔离加地板下送风的布置方式[13]。这两种末端制冷方式如图1.2和图1.3所示。图1.2冷热通道没有隔开的机柜布置
山东建筑大学硕士学位论文-4-图1.3机柜“面对面、背靠背”布置方式数据仿真和实验表明，房间级制冷只适用于数据中心设备功率密度很低的时候，制冷才会有效果，它的制冷有效范围是一台机柜1~2KW。然而，IT设备的峰值功率密度增加到单台机柜20KW甚至到30KW，要采取行级或者机柜级制冷的方式，由于离负荷中心特别近，这两种技术的冷热气流经过的路径最短，并且更加准确，将充分利用机房的制冷量，负载密度更高时也可以使用。行级、机柜级制冷技术和房间级制冷技术都采用风冷系统作为制冷系统，不过风冷系统具有一定的局限性，热量因其空气热容量低而排放效果差，故一种新的液冷技术产生。将空气换成冷冻液实现制冷就是液冷技术，把冷冻液送到机柜里面，与热空气交换热量进行制冷。冷板式是第一种节能方式，且应用较多。美国的液冷刀片，不仅密度超高，并且散热性能好。浸没式是第二种节能方式，它的降温效果显著高于第一种，它的PUE可以降到小于1.1，但机柜周围容易泄露液体，造成设备停机，且维修费用非常高，所以不如液冷式使用更广泛[14]。于2014年的美国SCI4大会，美国公司陈列出了浸没式液冷服务器。在同一年，国内制造出全浸式液冷服务器，在2015年的时候公布，这代表我国的在浸没式液冷服务器领域的最高水平。1.1.3自然冷却技术现在能源形势越来越紧张，国家对节能减排问题也越来越重视，大家逐渐意识到自然冷却技术应用的重要性。到目前为止，水侧和空气侧自然冷却技术是最常使用的，带有自然冷却的水冷机组和风冷机组分别在水源富足地区和寒冷地区采用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]数据中心研究（7）:自然冷却[J]. 殷平. 暖通空调. 2017(11)
[2]数据中心水冷空调冷源系统的节能运行[J]. 谢静,蒋雅靖. 电子技术. 2016(01)
[3]大数据浪潮下数据中心的发展[J]. 黄群骥. 智能建筑. 2016(01)
[4]数据中心制冷技术的应用及发展[J]. 朱永忠. 工程建设标准化. 2015(08)
[5]数据中心集中冷源空调系统设计综述[J]. 朱洪波. 电信网技术. 2014(10)
[6]通信机房应用直接蒸发冷却空调方式的优化及节能分析[J]. 黄翔,周海东,范坤,宋姣姣. 暖通空调. 2013(10)
[7]蒸发冷却技术在数据中心的应用探讨[J]. 黄翔,范坤,宋姣姣. 制冷与空调. 2013(08)
[8]蒸发冷却空调技术的诠释（3）[J]. 黄翔,孙铁柱,汪超. 制冷与空调. 2012(04)
[9]浅谈蒸发式冷气机在通信机房应用的几种形式[J]. 范坤,黄翔,周敏,周海东. 发电与空调. 2012(04)
[10]蒸发冷却空调技术的诠释（2）[J]. 黄翔,孙铁柱,汪超. 制冷与空调. 2012(03)
硕士论文
[1]带自然冷源的风冷冷水机组在数据中心空调系统中的应用[D]. 刘海静.北京建筑大学 2015
[2]电子厂房自然供冷空调系统应用的优化与其区域适应性研究[D]. 曾晓庆.上海交通大学 2014
本文编号：3292858
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