数据中心新型末端产品对比

. 数据中心新型末端产品对比数据中心新型末端产品对比 一、概述一、概述 数据中心是一整套复杂的设施。 它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备 （例如通信和存储系统） ，还包含配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统等多种基 础设施系统。 其中， 制冷系统在数据中心是耗电大户， 约占整个数据中心能耗的30~45%。 降低制冷系统的能耗是提高数据中心能源利用效率的最直接和最有效措施。 制冷系统也 随着数据中心的需求变化和能效要求而不断发展。 近年来， 数据中心新型末端不断得到 广泛应用，常见的有热管背板、冷冻水列间、冷水前面/背板等。新型末端更加贴近发 热源，制冷效率更高。本文主要从产品性能、 安全可靠性、造价及施工等几个方面对部 分新型末端及传统机房产品进行对比。 二、产品原理简介二、产品原理简介 1 1 列间空调列间空调 列间空调属行级空调，其设计初衷是热排风吸收器，将服务器的热排风就地收 集，降低温度并将热量传递到室外。其外观设计与机柜一致，紧靠热源放置，大大 缩短了送风路径和风压，降低能耗。 列间空调制冷方式有直膨风冷列间、列间冷冻水和列间热管三种形式。其各自 制冷原理如下。 1.11.1 直膨风冷列间直膨风冷列间 直膨风冷列间空调制冷原理与直膨式风冷机房空调原理相同， 只是室内机的结 构型式发生了变化。风冷列间分为室内机和室外机两部分，主要包含压缩机、蒸发 器、冷凝器、节流元件等，常见制冷量规格有25kW 和 35kW 两种规格。 .w . 1.21.2 列间冷冻水列间冷冻水 冷冻水列间空调制冷原理与冷冻水机房空调制冷原理相同， 采用冷水主机集中 供冷，冷冻水列间为末端，常见制冷量规格有20kW、40kW 和 60kW。 .w . 1.31.3 列间热管列间热管 列间热管空调与列间冷冻水相比， 增加了中间换热器， 室内末端为制冷剂循环， 制冷剂在列间热管换热器内吸热蒸发由液态变为气态，沿铜管路上升到室外冷凝 器，在冷凝器内冷凝，冷凝后的液态制冷剂在重力的作用下，供向列间热管底部， 如此循环实现制冷，避免了水入机房。 冷凝器通常为板式换热器或壳管式换热器， 其冷源由冷水主机或带自然冷源的 冷却塔提供，冷凝热最终经冷却塔排放到环境中。 2 2 热管背板空调热管背板空调 热管背板安装于机柜背面，主要包括换热器、风机、结构件、连接管路和控制 器等部件。热管背板在制冷原理上没有压缩机或其他泵作为冷剂循环动力，属重力 热管。制冷剂在热管背板换热器内吸热蒸发由液态变为气态，沿铜管路上升到室外 冷凝器，在冷凝器内冷凝，冷凝后的液态制冷剂在重力的作用下，供向热管背板底 部，如此循环实现制冷。 冷凝器通常为板式换热器或壳管式换热器， 其冷源由冷水主机或带自然冷源的 冷却塔直提供，冷凝热最终经冷却塔排放到环境中。 .w . 3 3 冷水前门冷水前门/ /背板空调背板空调 将表冷器设置于机柜前门内部， 将冷冻水送到各个冷水前门的表冷器内部， 根据机 房环境温度，即机柜的进风温度和出风温度， 自动调节冷水前门风扇的转速， 控制机柜 内部的制冷量的输送，达到制冷的效果。 冷水背板气流组织如下图左所示， 为吸风式结构，机房环境为冷环境； 冷水前门气流组 织如下图右所示，为吹风式结构，机房环境为热环境： .w . 三、新型末端产品对比三、新型末端产品对比 1 1、热负荷计算、热负荷计算 为便于产品对比，本文将以具体机房为案例进行具体对比。 以一个长 21.45m，宽 12.3m 的机房为例，面积约为 264m ，机柜数量按 110 个计算。单机柜平均运行功耗为 5kW，按 8 列进行布置。 2 机房热负荷计算： 按照空调设计中负荷计算的要求，精确空调负荷的确定方法如下： 机房主要热量的来源： 机柜设备负荷、机房照明负荷、建筑维护结构负荷、其他。 .w . 热负荷分析： （1） 机柜设备热负荷： Q1=P*η 1*η2*η3 Q1：机柜设备热负荷 P：机柜设备总功耗 η1：同时使用系数 η2：利用系数 η3：负荷工作均匀系数 通常，η 1、 η 2、 η 3 取 0.7 —0.8 之间 考虑制冷量冗余，η 1*η2*η3 取值为 0.8 。 （2） 照明设备热负荷： Q2=C*S S：机房面积 C：单位面积照明功耗 根 据 国 家 标 准 《 计 算 站 场 地 技 术 要 求 》 要 求 ， 机 房 照 度 应 大 于 2001x ，其照明功耗大约为 20w/m2，后面的计算中以此为依据计 算。 （3） 围护结构传导热 Q3=K*S K：围护结构热负荷系数（按 150w/m2进行计算） S：机房面积 （4） 其他热负荷 除上述热负荷外， 在机房内使用的其他设备、 人员流动、 新风换热等理应也计算热负荷。 由于这些热负荷具有不确定性，为简化计算，该热负荷不参与计算。 据机房热负荷计算：据机房热负荷计算： Q1= P*η 1*η2*η3=5*110*0.8=440kW Q2=C*S=2 0*264/1000=5.28kW Q3=K*S=150*264/1000=39.6kW 机房总热负荷 Q=Q1+Q2+Q3=440+5.28+39.6=484.88kW≈485kW485kW .w . 2 2 产品性能对比产品性能对比 2.12.1 各产品配置方案各产品配置方案 采用风冷列间空调 如采用风冷列间空调，选用 CR025EA 列间空调，制冷量约 25kW。根据热负荷情 况，需要配置 485/25≈20 台列间空调。按 4 个冷通道设计，考虑每 2 列机柜形成 1 个冷通 道。每个冷通道内单台空调发生故障时， 其余空调能满足整个冷通道的制冷需求， 即每个冷 通道需冗余 1 台空调。该机房共 8 列、4 个冷通道，共需要配置 24 台列间空调，每个冷通 道 6 台列间空调。 采用冷冻水列间空调 如采用冷冻水列间空调，选用CR025EC 列间空调，制冷量约28kW。根据热负荷情况， 需要配置 485/28≈18 台列间空调。按 4 个冷通道设计，考虑每 2 列机柜形成 1 个冷通道。 每个冷通道内单台空调发生故障时， 其余空调能满足整个冷通道的制冷需求， 即每个冷通道 需冗余 1 台空调。该机房共 8 列、4 个冷通道，至少需配置 22 台列间空调。 采用热管列间空调 如采用热管列间空调，制冷量约21kW。根据热负荷情况，需要配置485/21≈23 台列间 空调。按 4 个冷通道设计，考虑每 2 列机柜形成 1 个冷通道。每个冷通道内单台空调发生故 障时，其余空调能满足整个冷通道的制冷需求，即每个冷通道需冗余1 台空调。该机房共8 列、4 个冷通道，至少需配置 27 台列间空调。 采用热管背板空调 如采用热管背板空调，单背板额定制冷量5kW，最大制冷量10kW。每个机柜后门安装 一套热管背板空调，共需安装110 套热管背板空调。 采用冷水背板空调 如采用热管背板空调，单背板额定制冷量5kW，最大制冷量10kW。每个机柜后门安装 一套热管背板空调，共需安装110 套热管背板空调。 .w . 2.22.2 各产品性能对比各产品性能对比 能效比能效比运行功耗运行功耗年运行时间年运行时间末端年耗电末端年耗电主机耗电量主机耗