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丹佛斯:從元件到系統,為數據中心冷卻提供完備解決方案
2018-08-27
    隨著互聯網時代的飛速發展,數據中心建設越來越強調大數據運算和可靠、安全運行,而數據中心在能耗方面的考量也成為冷卻技術發展水平的標志。
    數據中心冷卻技術及系統設計高峰論壇于7月7-8日在上海成功舉行。節能環保企業丹佛斯深入參與了本次活動。丹佛斯為近兩百名數據中心同仁帶來了“數據中心精密空調制冷系統高能效解決方案”主題演講,從數據中心冷卻技術發展趨勢到服務器熱密度及硬件安全所帶來的挑戰,以深入淺出的方式為行業同仁帶來了丹佛斯的解決之道。
    在論壇期間,本刊有幸對丹佛斯制冷事業部高級銷售總監施俊先生進行了專訪,與他深入討論了丹佛斯在數據中心冷卻領域的點點滴滴。
《暖通空調資訊》:數據中心冷卻技術發展趨勢是什么?
施俊:機房空調的特點明確:機房發熱量大,有時甚至可達30kW/m3,發熱量過高就可能導致機房設備出現宕機等問題,故需要全年制冷;高顯熱比,機房的熱量主要是顯熱,顯熱比一般在0.9以上;高能效比,大部分機房空調采用渦旋式壓縮機,COP最大可以達到5.6,整機的能效比可達到3.0以上;高精度設計,不僅要求對溫度可以調節,也要求可以對濕度進行有效調節,機房空調一般要求溫度精度達±2℃,濕度精度±5%,高精度機房空調甚至可以溫度精度達到±0.5℃,濕度精度達到±2%;高可靠性,機房最注重的就是可靠性,全年8760小時需要無故障運行。綜上內容,數據中心冷卻在高效、節能的基礎上要求零部件的可靠性高,能經得起運行環境的嚴苛要求。同時,零部件的控制精度要高,反應速度要快,以滿足房間負荷變化時,快速提供相匹配制冷量的需求。
    目前我國各類機房用電量已超過1000億度,接近全國總電耗的2%,而機房能耗水平偏高,機房冷卻有30-60%的節能空間,是我國節能減排的重要領域。同時,我國數據中心冷卻也有諸多不同于歐美發達國家的特點值得我們關注:氣候環境跨度大,有寒冷、干燥地區,也有炎熱高濕地區;大氣環境相對惡劣,空氣中粉塵、硫化物等含量高等等,因此需要我們相應深入研究并發展出一套適合中國氣候特點和機房特點的冷卻技術體系。未能“因地制宜”也是我國數據中心冷卻技術水平相對落后的一個根本原因,拿PUE(能源利用效率)來說,歐美國家的平均水平在1.2-1.8,而國內的PUE卻遠遠高于這個水平,雖然我國在綠色數據中心方面已經做了大量的工作,但仍有很大的發展空間。

《暖通空調資訊》:服務器熱密度為數據中心冷卻技術帶來了哪些挑戰?
施俊:服務器熱密度的提高,對于機房空調排熱能力提出了更高的技術要求。傳統的風系統已經無法滿足制冷負荷的需求,需要引入各種新的制冷方式,如針對芯片的液體冷卻或者水冷卻等。同時精密空調冷卻系統需要具有更高的靈活性,來應對服務器熱密度的變化。丹佛斯的膨脹閥和變頻壓縮機可根據傳感器電子信號快速響應溫度和壓力的波動,達到精確控制溫度的功能。

《暖通空調資訊》:服務器的硬件安全一直以來都是數據中心最為關鍵的一部分,對此丹佛斯有何解決方案?
施俊:丹佛斯在空調元件的選型上也為數據中心冷卻的行業伙伴提供優化選型方案。換熱器方面,丹佛斯推薦采用微通道換熱器產品,因為微通道換熱器有其精確的溫度控制功能、優秀的換熱性能以及緊湊的結構,使得機房空調在保護終端客戶敏感設備的同時,也可節省空間和電費。此外,與同類的銅管翅片式換熱器相比,丹佛斯微通道換熱器所需的制冷劑充注量可減少30%,從而更加有利于環境保護;在節流控制方面,丹佛斯實現精確控制。經測算,以上產品的應用可帶來15%以上的節能。應用變頻壓縮機技術幫助機房空調實現更高能效和精密控溫,目前是丹佛斯商用壓縮機在該領域關注的重點,已應用的壓縮機產品包括VZH直流變頻渦旋,VTZ變頻活塞等。丹佛斯不但在直流變頻渦旋新產品開發中將機房空調作為重點目標應用,也會在現有產品方案基礎上針對機房空調需求做出技術優化。

《暖通空調資訊》:數據中心對于環境帶來了哪些影響?
施俊:與舒適性空調一樣,在精密空調系統中,市場中依然存在著不少使用傳統冷媒的系統,如R22等,丹佛斯致力于為市場帶來零ODP環保冷媒的轉變,例如目前的R410A壓縮機。同時因為冷卻系統耗能占數據中心的40%,大力推廣高能效的冷卻系統,尤其是注重部分負荷能效的變頻系統以降低能效非常重要。

《暖通空調資訊》:為什么需要部分負荷與調節技術?                            
施俊:設計師在空調設計選型的時候,會根據最大負荷選擇機型。而實際在大部分情況下,空調系統在部分負荷情況下運行,因而要求制冷系統輸出的冷量與實際負荷匹配,以降低能耗。

《暖通空調資訊》:針對數據中心項目,丹佛斯在壓縮機技術方面有何新的嘗試和改進?      
施俊:就變頻壓縮機技術而言:
 1.丹佛斯率先向市場提供壓縮機+變頻器的成套解決方案,兩者均為丹佛斯自有技術,經過充分開發驗證,大幅減少整機廠商的開發負擔并且保證可靠性,也方便終端用戶的售后維護。
 2.同時丹佛斯提供全面技術支持,幫助我們的客戶應對向變頻技術轉變過程中的困難和挑戰。
 3.在市場現有的R410A變頻渦旋產品中丹佛斯獨家提供大冷量的解決方案:VZH單壓縮機覆蓋14-94kW冷量,經驗證的混合并聯方案更可拓展至167kW;無論是50kW以下的列間空調或是高至100kW以上的房間級空調都有合適的方案供選擇。
 4.新型號小變頻渦旋壓縮機系列在高能效變頻的基礎上增加了中間排氣閥IDV技術,進一步提升部分符合效率,并且壓縮機的運行范圍向高蒸發溫度的區域進一步拓展,能更好的滿足典型機房空調應用的要求。 
 5.磁懸浮壓縮機方面,丹佛斯即將推出Turbocor天磁TM全新VTT系列磁懸浮壓縮機,除了沿用TT系列壓縮機的成熟技術外,VTT系列以IntraFlowTM技術為特色,并將丹佛斯現有壓縮機的冷量范圍延伸至350冷噸(1230kW)。IntraFlowTM技術現正處于專利申請階段,該技術有效降低了進氣導流葉片與可變幾何形狀擴壓器的成本與復雜程度,同時也簡化了冷量控制過程,延伸了穩定的運行范圍,并提高了壓縮機效率。
《暖通空調資訊》:磁懸浮離心機在數據中心項目有何明顯優勢?
施俊:丹佛斯Turbocor天磁TM磁懸浮壓縮機以磁懸浮軸承代替傳統油潤滑軸承,使冷水機組實現了100%的無油運行,避免了機組運行過程中的能效降低,為機組省去了油路維護的環節與成本;配合壓縮機的集成變頻驅動控制技術,在冷凝溫度和/或熱負荷變化時,通過變頻控制調節電機和葉輪轉速,將冷量大小調至與實際需求相匹配,節省能源損耗并提高機組在低負荷運行時的穩定性,保證機組即使在低至 10% 的極低負荷工況下也能平穩運行,彌補了一般制冷機組在低負荷運行下的不足,機組IPLV值最高可達11.5。壓縮機體積僅為普通螺桿機組的二分之一,節約機組空間,節省數據中心制冷設備占地面積。
    另外,機組搭載Turbocor天磁TM磁懸浮壓縮機均采取單機頭至多機頭的并聯設計,每臺壓縮機獨立運行控制,賦予機組很高的安全冗余度,即使其中一臺壓縮機發生故障,其他壓縮機仍可繼續運行,并聯運行中,在一臺達到滿負荷前,另一臺機器將根據所需多余冷量自動開啟并調節大小,避免單臺壓縮機長期滿負荷運行,提高安全性。
《暖通空調資訊》:在使用磁懸浮離心機的數據中心項目中,丹佛斯有何標志性工程?

施俊:丹佛斯磁懸浮空調技術于多年前已廣泛應用于歐美地區的數據中心,其節能效果與可擴容性得到市場和終端客戶認可。在中國地區,中國電信海南樞紐樓是一個重要的標桿工程。位于海南省海口市的海南電信樞紐樓空調使用面積共25834㎡,舊制冷主機按照1+1冗余模式配置了2臺750冷噸的離心機組與2臺350冷噸的離心機組。改造項目增加2臺600冷噸(2110kW)的模塊化磁懸浮無油變頻機組,每臺機組搭載4臺丹佛斯Turbocor天磁TM磁懸浮無油壓縮機TT400。改造后的系統方案為:增加的1200冷噸的模塊化磁懸浮壓縮機冷水機組作為主要運行機組,舊機組作為后備機組。當系統負荷低于1200冷噸時,由2臺600冷噸磁懸浮離心式冷水機組提供制冷;系統負荷超過1200冷噸,除2臺磁懸浮冷水機組外,再根據負荷情況投入1臺750冷噸或者350冷噸舊離心冷水機組。2臺磁懸浮冷水機組分別在50%—100%負荷范圍內調節,大限度地分別發揮磁懸浮冷水機組和老式離心冷水機組的效率。改造前,據2011年實測數據顯示,舊空調系統的實際整體用電量為847萬度,其中主機用電量為416萬度,COP值約為3.41。改造后,2012年全年空調系統主機用電量為253萬度,COP值達到7左右,全年主機用電量共節省163萬度,節省電費128萬元,減少CO2排放量達到520噸。可以確保精密控制的各類空調系統元件、與數據中心冷卻很有淵源的微通道技術、在高效節能方面有突出成果的磁懸浮壓縮機等等,都體現了丹佛斯一直致力于制冷與空調領域的創新精神。從元件到系統,丹佛斯愿與行業伙伴一起努力,為數據中心冷卻提供完備解決方案。

    上海三信自動化工程有限公司是丹佛斯Danfoss的中國一級代理商及特約技術服務中心,為廣大客戶提供丹佛斯變頻器銷售和售后服務,以及各種變頻器維修保養。20年發展,努力成為客戶可信賴的伙伴。

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