新风间接换热式数据中心空调辅助系统的节能研究

摘要

能源是各国国民经济发展的动力，关系到社会的运行和国家的安全，同时也关系到生态环境的保护和子孙后代的生存与发展，能源是必不可少的社会和经济发展的物质前提。随着经济的腾飞，人类已经进入了高科技、高效率的信息时代，信息产业的飞速发展加速了人类文明的进步，但在能源日益紧缺的今天，数据中心的高能耗已经变成了人们必须面对且亟待解决的新问题。 数据中心是信息产业的中枢系统，随着信息产业技术的升级和发展，对数据中心的需求快速增长，而一线城市建设用地的限制迫使数据中心提高空间利用率，加上各类IT设备向小型化、高处理能力演变，促使数据中心逐渐向高密度方向发展。据统计，近十年来，数据中心IT设备功率密度从300瓦/平方米增加到超过2000瓦/平方米。单个机柜容纳的设备功率从不到1千瓦增长到接近10千瓦。高密度设备布局直接带来高密度散热，对冷却系统提出的要求越来越苛刻，导致近年来数据中心空调系统能耗急剧增长。 数据中心不间断的散热，冷负荷全年都保持在较高的水平，因此很多地区即使在冬天也要开启制冷机组对机房降温，很不合理。本文以上海地区某办公楼自用型数据中心为模型，研究了间接利用自然冷源的空调辅助系统。 文章首先对建筑模型进行了简单介绍，并通过DeST软件对机房的负荷进行模拟分析，从而根据机房内逐时变动的冷负荷确定机房逐时所需的送风量及送风温度。再根据这些数据通过对比分析出了该数据中心机房模型间接利用自然冷源的节能潜力。由于随着室外温度的变化，机房所需的冷风量也在变化，风机需要变频运行，因此，文章还对换热器的性能随风量的变化情况进行了模拟，主要包括换热效率、换热量、换热系数以及压力损失随冷风量的不同需求而发生的改变。其中，压力损失的随风量的变化趋势可以作为风机变频的计算依据。 通过一系列的计算与模拟，最终得出了新风间接换热式空调辅助系统的年节电情况。文章最后对文中的不足之处进行了总结与展望，如该系统只考虑了单独运行机房空调与单独运行基站换热器的情况，而没有考虑当室外温度虽然低于室内温度，但无法承担全部冷负荷时，机房空调与基站换热器共同运行的情况。因此，在本文的计算结果的基础上，仍有一部分节能潜力有待发掘，笔者会在今后的学习与工作中继续探究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 数据中心的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 数据中心节能研究现状

1．3．1 数据中心能耗构成

1．3．2 数据中心能耗现状

1．3．3 数据中心常规空调运行能耗的主要问题

1．3．4 数据中心的节能措施

1．3．5 研究成果

1．4 本文研究内容

第2章 数据中心新风间接换热空调辅助系统节能潜力的分析

2．1 数据中心机房环境条件要求

2．1．1 数据中心简介

2．1．2 数据中心机房环境要求

2．2 新风间接换热辅助系统简介

2．2．1 数据中心空调负荷的特点

2．2．2 工作原理

2．2．3 冷负荷的分配

2．3 建筑模型的建立

2．4 节能潜力分析

2．4．1 机房冷负荷的计算

2．4．2 机房送风量的确定

2．4．3 送风温度的确定

2．4．4 节能潜力分析

2．5 本章小结

第3章 新风间接换热器的性能模拟

3．1 换热器模拟的研究方法及成果

3．1．1 换热器的概念及分类

3．1．2 换热器的主要研究方法

3．1．3 换热器模拟的发展及成果

3．2 数据中心新风间接换热器类型简介

3．2．1 自然冷源间接利用的技术原理

3．2．2 新风间接换热器的种类

3．3 换热器物理模型的简化与建立

3．4 网格的划分

3．5 求解传热问题的能量方程

3．6 参数的设定

3．6．1 边界条件的设定

3．6．2 分析模型求解

3．7 模拟结果分析

3．7．1 传热系数

3．7．2 换热效率

3．7．3 换热量

3．7．4 压力损失

3．8 本章小结

第4章 数据中心新风间接换热空调辅助系统的节能效果分析

4．1 计算概要

4．2 设备的选型

4．2．1 机房专用精密空调

4．2．2 空气换热器

4．3 节能效果分析

4．3．1 全年单独使用空调的能耗

4．3．2 使用新风间接换热式空调辅助系统后的能耗

4．3．3 节能效果

4．4 本章小结

第5章 实例分析

5．1 项目概况

5．2 研究对象

5．3 机房空调系统现状及突出问题

5．4 改造目的

5．5 系统设计条件及要求

5．5．1 机房室内设计参数

5．5．2 系统设计要求

5．6 设计标准及依据

5．7 改造方案

5．8 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 结论总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况