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北京華強恒通環(huán)控設備科技發(fā)展有限公司作者
各位來賓上午好，首先感謝通信協(xié)會給我這個機會，讓我來介紹北京聯(lián)通近些年來在IDC機房節(jié)能減排方面的研究工作，把一些研究心得跟大家分享。
這個題目叫北京聯(lián)通IDC機房節(jié)能減排技術探索，其中有很多技術是非IDC領域，我們實驗研究獲得成功，推廣到IDC機房，有些技術是在IDC機房獲得成功的研究成果，也推廣到普通的交換系統(tǒng)。
大家知道從北京電信時期開始，我們就已經(jīng)開始了節(jié)能減排技術的研究工作。節(jié)能減排概念是在05年前后提出的，在十一五規(guī)劃綱要上提出的，在這之前北京公司在節(jié)能減排方面做了一些工作，更多的是出于一些節(jié)約費用，降低維護工作量，從這個角度出發(fā)做的工作，它也帶來了一些節(jié)能的效益。從節(jié)能減排的概念提出以后，北京公司開始系統(tǒng)化的在這方面做了很多技術研究。
環(huán)保制冷劑大概是2000年前中國政府提出了逐步淘汰消耗臭氧層物質的目標，當時北京公司叫北京電信，從01年開始安排了清華三號制冷劑。這種媒介從它的物理參數(shù)和22的比較上也能看出來，它的分子量比較小，領結壓力比較大，決定了它有一定的節(jié)能空間。從01年10月份開始，北京公司在全網(wǎng)機房空調有四種機型，做了四次實驗，歷時兩年，綜合節(jié)能率為20%。研究初衷是為了減少對臭氧層的破壞，實驗之后發(fā)現(xiàn)它有很好的節(jié)能效果，之后陸續(xù)的推廣，對現(xiàn)網(wǎng)現(xiàn)存的空調隨著工程和維修，我們就換上這種制冷劑，新?lián)Q。機房一律使用這種這種制冷劑。
第二種技術叫做濕膜加濕機替代空調機加濕功能，從96年開始，我們之前是自覺性的工作，當時是為了降低維護工作量，減少耗材備件損耗，以及節(jié)省電費，從這個角度開始引進濕膜加濕機，我們選了兩個地點，每天濕膜加濕機耗電不到十度，用空調加濕大概20到30度。維護周期做了一個簡單的統(tǒng)計，不同居所空調機有幾臺做維護，濕膜加濕機一半一個機房配一兩臺就夠，比空調少。過去冬季日常維護工作主要是清理加濕灌，換了濕膜加濕機工作想大大降低。之后我們陸續(xù)的招了數(shù)百臺這樣的設備，在降低維護工作量帶來節(jié)能效果的同時，機房濕度顯著提高。
前兩個技術比較典型的是以前我們做的項目，從04年以后，開始我們有目的的做一些技術研究zui早是新風換熱系統(tǒng)，實驗期間節(jié)能率達到了60%，效果很好，但北京地區(qū)冬季氣候干燥，濕膜加濕機通過空氣置換的方式把余熱排出室外，不可避免把空氣中水分帶走，這樣主要問題是機房內的冬季濕度指標很難保證，同時北京的早些年冬季空氣質量非常差，二氧化硫指標比較高，長時間運行對機房的事故安全也是潛在的威脅。說一這種新風節(jié)能系統(tǒng)在北京公司沒有大面積鋪開。這個基礎上我們進行了隔離性的熱交換器的研究，這是新風節(jié)能有很多不足的基礎上做的研究，它是在設備內有一個換熱芯，熱交換芯體，室內外風機把室外冷風跟室內熱風器吸入到熱交換器內進行熱量交換，把己方內的余熱排出室外，減少空調的使用，可以保證機房內的濕度和潔凈度的要求。07年1月在選定的一個機所，我們進行了對比實驗，北京平均氣溫是零下一度，機房內控制溫度是23到24度。熱交換器和空調各運行7天時間，能耗下降很多，這是一個很顯著的效果。隔離性熱交換器在隨后幾年北京公司也在大力推廣，現(xiàn)在裝了有兩三百臺。在這個基礎上我們后來又研究過智能隔離一體機，就是熱交換器和空調機合二為一，整個控制都是全自動完成的，室外氣溫低到足夠低的時候切換到熱交換機。白天或者夏天就開啟空調。這樣對面積比較小的機房還有一個好處，節(jié)省一些安裝空間。還有一些大型的隔離型熱交換系統(tǒng)準備繼續(xù)使用，后面也會提到。
隔離性熱交換器我們又叫柜式換熱系統(tǒng)，特點就是對中小型機房比較合適，因為它這種中間換熱的芯體大換熱量的時候占用空間比較大，體積也很龐大，這樣對一些大型的數(shù)據(jù)機房，比如IDC機房，因為空濾密度比較高，設備安裝密度比較緊湊，可利用空間比較小，利用普通設備實現(xiàn)的節(jié)能空間很小。這樣我們就開始著手研究熱管綜合節(jié)能系統(tǒng)。熱管的概念我們查了一些資料，熱管綜合節(jié)能系統(tǒng)換熱量能做到350千瓦，比柜式換熱器大很多。還有其他的優(yōu)點，這里不細說。熱管的概念是42年美國人提出的，64年美國的航天器受使用，這是簡單的原理介紹，熱端吸收熱量之后媒介蒸發(fā)，氣體往上走，到了冷區(qū)，和冷區(qū)進行熱量交換，又流回熱區(qū)，在熱管內自動的往復工作，把熱量快速帶走。我們曾經(jīng)做過一個實驗，一跟大概20公分長，5毫米直徑的熱管，和同尺寸的鋁棒，暖瓶里倒出熱水，不到十分鐘左右，鋁棒的水還是燙的，但另外熱管的那杯水已經(jīng)不是很熱了，這是很直觀的熱管傳熱能力。我也看到一些資料，說熱管傳熱速度是普通金屬的大概一千倍，它的特性決定了它是很好的熱交換元件。
我們選的實驗機房不到300平米，冬季需要開啟兩臺空調，因為機房設備排列的問題，空調送風遠端區(qū)域存在過熱的現(xiàn)象，發(fā)熱量大的設備離空調比較遠大實驗配置了熱管系統(tǒng)，換熱兩50千瓦，冬季基本可以替代一臺空調工作。同時配置了送風通道送到遠端區(qū)域，整個系統(tǒng)耗電設備就兩臺風機，zui大的滿負荷運行的時候大概不到七千瓦。09年末到10年初進行了91天的實驗，分兩個階段，*階段是室外的溫度不是很低的時候，在10、11月份，我們是一臺空調和熱管系統(tǒng)同時運行，和兩臺空調*運行做對比。第二階段北京冬季氣溫很低的情況下，把兩臺空調關了開熱管節(jié)能系統(tǒng)和兩臺空調運行進行對比。實驗結果*階段節(jié)電率50以上，日均節(jié)電兩是287度。第二階段日均節(jié)能70%多，節(jié)能效果非常顯著。但它對大型機房比較合適，模塊性機房我們也做過熱管的實驗，效果也很好，只是這種技術的費用相對比較高。
IDC機房空調系統(tǒng)優(yōu)化配置方法，北京聯(lián)通早期建設的IDC機房存在很多問題，比如因為認識關系或者其他一些觀念上的問題，我們早期建的機房絕大部分采用上送通風式，有些機房沒有冷熱分區(qū)等等。機房發(fā)現(xiàn)很多問題，設計階段都認為沒問題的問題實踐中會出現(xiàn)。我們曾經(jīng)調查過一些機房，比如這個機房每平米平均功耗1000瓦，我們制冷量1800瓦，換氣量每小時102次，這樣的空調系統(tǒng)感覺使用效果還是不理想。這樣我們很困惑，不知道什么原因，早期做項目之前對整個空調系統(tǒng)包括氣流組織的認識不是很夠。這樣我們進行了項目研究。研究內容包括機房現(xiàn)狀調查、現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)實測、主流服務器相關參數(shù)調研、對相關標準的定義含義進行準確描述、對IDC機房環(huán)境進行了CSD模擬計算，比較了*運營商的經(jīng)驗，zui后給出了這樣的方法和建議。
這里把一些簡單的結論性的東西跟大家分享。*是要求機架布置是冷熱分區(qū)，我不多解釋了。送風方式研究結論是地板下送風方式更適合數(shù)據(jù)機房，尤其是功率密度比較高的機房。上送風這種方式對于功率密度適中的機房也可以使用，風道的出風口一定要盡可能下移，到設備的冷區(qū)，我們早期建的風道口比較高，這里介紹一下實例，08年初07年夏季我們有一個機房，我們認為建的比較好的，是冷熱分區(qū)的方式，但07年夏季，隨著客戶服務器數(shù)量裝的比較滿，不斷的投訴說機房過熱，空調配的不足。08年初維護單位提出立項的請求，希望增加空調，我們到現(xiàn)場，這是項目完成之后，根據(jù)他的建議到現(xiàn)場看了情況，給出了不光空調對風口進行下移改造，并且在機架內有一些服務器空間加擋板的方式。改造之后情況變得非常好，沒有再投訴。兩臺空調的建設大概要五、六十萬投資，我們改造不到十萬塊錢。不光投資節(jié)省，能耗也自然的減少。
還有其他的一些結論和建議，通過CFD模擬結膜表明，熱區(qū)寬度越大越利于散熱。IDC機架冷區(qū)寬度不小于1米，熱區(qū)不小于80公分，我們現(xiàn)在沒有搞明白為什么是這樣的設置要求的，但我們模擬的結果看，熱區(qū)寬度越大越利于散熱。后面新建的機房里，有意布置了這兩種方式，我們將看看哪個方式更好。在冷源上建立大中型數(shù)據(jù)機房水冷型空調更合適。因為早期郵電部時期，就有過相關的規(guī)定，水禁止進機房的，隨后在項目的建議，我們根據(jù)了特殊情況，機房因為空調機數(shù)量比較大，冷凝器噪音對周邊居民形成污染，為了*解決這個問題，我們公司領導拍板決定形成空調系統(tǒng)改造，改造成水冷空調。從我們后續(xù)測算看，水冷型空調和原來的空調相比有很大的節(jié)能效果，更適合大型數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用，這是實驗的結論和我們實踐的證明，有這樣的體會。機架形勢采用開場式機架，現(xiàn)在IDC機房選用的機架一般選用兩種，一個是開場式機架，還有前后帶門的封閉式機柜。結論是開場式機架更利于散熱。
再有一個環(huán)境溫度的定義，一般說IDC機房是23、25度，以往概念上都是環(huán)境溫度，跟客戶也是多年打架，客戶一說溫度高，我們拿表一側說環(huán)境溫度達標，很多時候說服不了客戶，我們自己心里也沒有底，到底機房環(huán)境溫度是什么。通過這個項目的研究，我們zui后也是明白了，環(huán)境溫度只的是服務器正面進風口的溫度，一般服務器有12個溫差，滿負荷工作的時候，正面23度，背面25度，這是正常工作標準。隨后我們也遇到了這樣的情況，客戶投訴說溫度高，要求我們解決，到了機房我們一看，把表放到服務器后面，30度，前面23度，這樣跟客戶做了一些解釋工作，避免了解紛。
空調機冷凝器自動霧化節(jié)能技術，這個技術在上海電信實際使用研究的基礎上引進的，上海地區(qū)水質比較好，噴霧裝上就可以用，北京地區(qū)我們在前期也擔心水質的問題，因為以前的經(jīng)驗，就是夏季空調冷凝器會造成很多水垢的問題。這種用法對水的要求、冷凝器的上海一直是我們比較擔心的。這個實驗我們是去年做的，對水質進行了必要的處理，節(jié)能效果肯定很明顯，而且耗水量并不是很高，我們測算過，單機組每小時大概是20升，實際上如果我們的冷凝器運行環(huán)境很惡劣耗水量更大，這種技術也有節(jié)水的空間。09年我們對147臺空調進行空調機冷凝器自動霧化的實驗，空調機制冷量不一樣，大小空調都有空調機型也多樣，平均節(jié)能率在10%到20%，這跟機房的負荷和空調機的配置有關，zui高實驗中發(fā)現(xiàn)達到了65%的節(jié)能效果。試驗項目總的節(jié)能率達到18%，耗水90萬公斤。這個系統(tǒng)在北京我們成功的實驗，得益于水處理的環(huán)節(jié)，里面采取的四種手段，zui后形成的結果是水正常情況下，我們以前做一些降溫處理的時候發(fā)現(xiàn)時間長了之后冷凝器水垢是板結狀的，清潔很難，這種系統(tǒng)做下來水垢沒有*去除掉，還是隨著噴霧噴到冷凝器上，但水溝是松散裝的，通過一些簡單的方式很容易清理掉，這樣的方式有利于我們使用這樣的技術。
電池組性能分析與失效不多說，我們對新裝的蓄電池從一開始就進行智能檔案.
前面提到還有其他的節(jié)能技術成果，推廣和改造工作我也提到了，成熟的技術我們將推廣使用，也通過一些企業(yè)標準形式把相對成熟的技術規(guī)定下來，在新建項目里我們考慮到日后節(jié)能項目所需要的*條件，我們在建的IDC機房樓，我們做大型的換熱系統(tǒng)需要在墻上開一些洞，建設樓的時候就預留好，為將來的節(jié)能技術推廣奠定條件。謝謝大家！
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