汉云科技无传统空调idc低能耗节能技术方案

无传统空调IDC低能耗节能技术

江苏汉云信息科技

2013年7月18日

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数据中心应用领域

中国云产业发展国

云基础设施大规模建设

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汉云新建、改造机房合作模式：BT/BOT/EMC模式

物联网应用的数据 （感知与 ）

机关政务云建设

高校计算与数据中心

民营公有云数据机房

大型SaaS系统支撑

家规划 ，三年后“云计算”年产值规模将达到2000亿

规模占150亿元。

元，其中 市场

“云”时代的IT架构

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节能型、规模化的基础设施

云

云计算

技术支持与服务

信息安全保障

基于云的各种应用

数据备份

电子商务

智慧城市

SaaS

电子政务

移动应用服务器端

物联网

门户

社交网络

目标

形成规模成本优势；

提供弹性资源租赁模式；

提供智慧城市平台支撑；

为物联网与移动终端应用搭建平台。

终端客户（居民户、企业、 ）

绿色

节能

数据中心

数据中心机房多年来一直处于使用机房专

用精密空调做为主要制冷设备。随着计算机设备的更新换代，IT设备的功率密度越来越高，机房面积越来越大，机房的数量越来越多，世界能源越来越紧张。在全球能源问题日趋突出的情况下，虽然机房空调制冷能效比有所提高，但所耗费的电能仍然太高，一直困扰着机房运营商和用户。

如何运用新的技术降低机房制冷所消耗的

电能，建设绿色环保机房，已成为机房行业建设

者们关注的

问题。

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数据中心电力使用效率

传统数据中心PUE在2以上，一半以上的电能被空调占用。

每1000台服务器，年耗电260万度，机房年总耗电≥520万度。

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现有机房耗电估算

按目前机房各参数较低标准估算：

PUE=2.0

服务器耗电（300W～400W/台）、工业用电≧0.85元/度

服务器年耗电量（万度）=

服务器数×300W×24小时×365天÷1000

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服务器数量

服务器年耗电量

（万度）

空调设备年耗电量

（万度）

改造后年节省耗电

（万度）

年节省电费

（万元）

1000

260

260

80

70

3000

790

790

240

200

5000

330

8000

2100

2100

630

530

10000

2630

2630

790

670

工业和信息化部文件

“关于进一步加强通信业节能减排工作的指导意见”

工信部节〔2013〕48号

“十二五”重点任务�统筹部署绿色数据中心建设。

•

《工业和信息化部发展

委

资源部电监会能源局关于数据中心建设布局的指导

意见》（工信部

〔2013〕13号），促进数据中心选址统筹考虑资源和环境

，积极稳妥

引入虚拟化、海量数据

等云计算新技术，推进资源集约利用，

节能减排水平；

出台适应新一代绿色数据中心要求的相关标准，优化机房的冷热气流布局，采用精确送风、热

源快速冷却等措施，从机房建设、主设备选型等方面降低运营成本，确保新建大型数据中心的

PUE值达到1.5以下，力争使改造后数据中心的PUE值下降到2以下。

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汉云科技：确保新建数据中心的PUE值在1.3～1.4以下，改造数据中心的PUE值在2.0以下

（一般会在原数据中心PUE值基础上递减30%）

云计算

基础

现状

“云计算”对数据中心的新要求：规模与能耗！

•

•

服务器装

度低，每千平方米仅2000台--“空间局限”

全世界数据中心每天耗电超过6亿度，占全球发电总量的2%

--

“能源瓶颈”

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节能设计

PUE

节能

传统机房

3.89-2.54

-

1：规范气流分布

2.12–1.96

25%

2：利用自然冷却（ ）

1.71–1.48

40%

3： 服务器

1.15–1.07

60%

新型数据中心的要求及趋势

�规范气体

，提高空气效率

�提高电力使用效率

�提高服务器耐热性增加机架容量

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传统服务器

耐高温服务器高密度安装

利用自然冷源替代空调制冷

空调

24×365运行

集装箱型；模块型

开放式场所

数据中心风冷却的常态节能措施

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降低机房散热所消耗的电能， 房的电源使用效率，降低IDC的PUE值目前主要有7种常态节能措施

1

在数据中心机 建设冷通道，并配置下送风机房 风冷式精密空调。

2

在数据中心机 建设热通道，并配置下送风机房 风冷式精密空调。

3

在数据中心机 建设 风冷式精密空调冷风和热风管道，对机柜进行全密封强制散热。

4

在数据中心机 使用下送风机房 风冷式精密空调和智能送风机柜，将机房冷风净压仓的冷风直接送入机柜。

5

在数据中心机房采用大型水冷式机房精密空调。

6

在数据中心机房建设 大型水冷式机房精密空调和 冷却管道，直接给IT设备 散热。

7

在数据中心机房采用机房风冷式精密空调+大型新风机1：1配置，合理利用自然新风冷源。

ICD常态节能措施分析

并非最佳方案

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冷源方面

第1、2、3、4种均都是采用机房 风冷式精密空调作为冷源，第5、6种采用水冷式精密空调，第7种采用风冷式精密空调或自然冷风和水模。

使用风冷式精密空调在节约电能上主要依靠空调的制冷能效比，能效比在3-4之间，节能方面有限；使用水冷式精密空调，能效比最大能达到6，一般在4以上；使用自然风的新风节系统时，最大能效比可达12。

机房内设备制冷效果

第1、2、5、7种都采用冷风源平均分布散热，要求整个机房的发热量布局要非常均衡，否则可能出现机房冷热不均，单相机柜局部过热 。

第3种采用主动大风量强制散热，每个机柜热出风管道都配有风机，散热效果好，容易出现过度制冷，风机也需要消耗一定的电能。

第4种采用主要设备机柜进风口配置变速风机，动态给机柜提供冷风，较好解决局部单个机柜过热和机柜内热负荷突然增大 ，将机房内温度提高到空调的回风温度，但机柜的深度比普通机柜深度要大100㎡，风机需要消耗电能。

第6种采用精准散热，主散热效果好，但电源、硬盘等需精准散热不容易实施，需要服务器产商支持。

机房内设备散热建设难易成度

第1、2、4、7种比较接近，比传统下送风空调系统略微复杂一点，容易实施，成本相差也不大。

第3种，需要对机柜前后门进行密封，实施 ，风管建设比较多，对机房的整体布局有影响，需要非常细致的规划和设计，成本相对要高一些。

第5种，水冷空调的建设门槛较高，比较适用于大型的机房，空调设备比风冷式精密空调要复杂，成本相对要高一些，运行也需要专业 。

第6种，空调部份和第5种一样，但是分支制冷管道方面，会相对复杂很多，要非常了解服务器产商等设备的结构，甚至于需要它们的支持，成本方面相对会高出一部份。

汉云科技--最佳IDC节能方案

�

引入中通服节能技术水式魔芯的神经网络式ANN机房

新风（进风）系统，其中拥有4项目专利，确保通过

江苏汉云

无传统空调IDC低能耗

水幕墙进风降温5～10℃，

度已完全达标。

机房空气洁净度和湿

节能技术

�

江苏汉云利用自然冷源进行环境温湿度控制方式，

凭借低能耗数据机房集成模块（D

ube®）、耐

luster®)，通过二

高温高密度服务器集群（D

次净化、高速风冷、冷热分区等技术，拥有10项专

利，其中2项国际专利，冷热分区温度差不超出5℃，确保主机房不用空调或少用空调，PUE可降低

1.3～1.4。空调只作为辅助制冷。

�

利用江苏汉云高密度云

服务器技术（拥有2项专

利），可完全不用空调，PUE值可降至1.15～1.07。

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建初

成本低

低维运

廉便方

块模

化安装

先领最

学科最

最节约

汉云科技IDC节能技术简易效果图

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滤过洗清重四�温降

统系墙幕水

外气导入机房设计图

汉云集成模块机房顶视图

ANN机房新风（进风）系统

排风系统

汉云集成模块机房

汉云科技介绍

江苏汉云科技专注于数据中心节能技术。2011年在江

苏省扬州市创建了国内第一家无传统空调利用自然冷源进行环境温度控制的云计算数据中心。

该技术被认定为国内首创无空调数据中心节能技术，

较传统数据中心节能60%。在“2012-中国云计算节能技术”大会上，被评选为“IDC绿色节能优秀解决方案”。

根据

【江苏省新技术新产品推广应用工作

会议

】（苏新联

办发［2013］2号），江苏汉云信息科技

“D

ube智能型低能耗集成数据中

心模块”作为新技术新产品列入省重点推广应用的目录（第三批），现予

，自

之日算起三年内有效。列入《目录》的新技术新产品是省重点组织推广应用的对象，将

优先享受省有关政策的支持。

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2012年5月份，汉云科技联合

计算机

、中讯设计

院、电信

、移动

、世纪互联、中金数据等专业机构

多名

，对此技术进行评审。

�

成功设计并建造了低能耗、耐高温、高密集度服务器集群，高

承重机架，数据中心外气导入系统和

气体环流控温系统；实

现了以自然冷源替代传统空调设备维持数据机房温湿度，在保证

数据中心连续、可靠运行的同时，数据中心的能耗显著降低。

�

采用上述技术，在IT设备利用率大幅提高和采用新温控技术的

情况下，使数据中心耗能较传统数据机房整体节省60%左右。

�

评审

根据查

告、相关专利及对该技术成果的综合评

议，一致认为该技术成果采用国际前沿技术和设计理念，处于国

内领先水平。

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技术论证

测试周期：2011年5月～2012年4月。评审时间：2012年5月

评审

张广明

中国

计算技术

研究员

中国电源学会

评审

唐玛琍

：

中国

中国电信

计算技术

教授级高工

网运部高级业务督导、中国通信学会电源专业

副

康

楠

系统集成

IDC运营中心副总经理

王殿魁

彭殿贞姜俊海陈德全

中讯邮电设计院电源与节能

副总工程师

中国移动

世纪互联

设计院教授级高工

总工程师

中金数据系统基础设施总工程师

颜

颖

系统集成

IDC运营中心运营支撑室副经理

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：气体环流温控技术

技术目标：通过调节气体环流，控制空间内温度，降耗25%。

相关专利：“计算机机房气体环流控温系统：201110359210.6”

—在固定空间结构下，根据气流与温度相关性数据模型，通过对气流速度、气流角度、气压的调节，控制空间内的温度。

“计算机机房气体环流温控装置：201120448656.1”

—用于调节气流速度、气流角度、气压的温度传感系统与物理装置。

⑦计算机

①小房间

④

⑤

支

⑥计算机

排气扇

⑩排气

冷风

架

②进气换气扇

⑨

排

模块化机房设计

气扇

③室外空气

⑧暖风

冷却小房间

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图1室外空气导入

：

自然冷源利用技术（Free

Cooling）

技术目标：根据外气温湿度和室内设备热负荷，确定外气导入量；控制室内的温湿度。降耗40%。

相关专利：“计算机机房温湿度控制方法：201110365404.7”

—

在固定空间结构下，根据温度与湿度相关性数据模型，通过改变空间温度，把湿度控制在一定范围内的技术。

外气导入风量计算公式

汉云科技外气导入机房设计图

温湿度关联曲线

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相关专利

国内专利

计算机机房温湿度控制方法计算机机房气体环流控温系统计算机机房气体环流温控装置

高承重性能服务器机架

高密集度服务器集群单机高密集度服务器集群外箱模块化数据机房

温湿度自动控制的模块化数据机房

国内专利号：201110365404.7

国内专利号：201110359210.6国内专利号：ZL201120448656.1国内专利号：ZL201120428341.0

国内专利号：ZL201120443187.4国内专利号：ZL201120443184.0国内专利号：201210399377.X

国内专利号：201220536898.0国内专利号：201220649312.1国内专利号：201220648613.2

一种利于散热的高密度云

服务器

一种利于散热的高密度云计算服务器

国外专利

データセンターおよび運用方法空調システム

�2011-036436

�2011-086369

国外专利号

国外专利号

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机房新风气流组织的现状

新风系统

各自为战

机房空调

各自为战

犹如多部电梯没有

联动，浪费设备资源，并导致节能效率不高，甚至不节

能

多龙治水，互相

，气流难以合理组织，各点温升不均，热岛

明显

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原有新风系统问题

硬件部分

控制系统部分

•

•

•

•

•

•

滤网易堵塞

风量

节能效率

频繁人工及成本

冬季不能加湿

•

•

•

•

温差原理无法适应

焓差理论局限-精度局部控制-热岛

适应性-地域差别

气流组织

安装难度

脚手架风险

墙体破环

溢水和漏水

•

•

•

•

进排风两侧温差明显

风机口远近温差明显临界气温不稳定

空调频繁启动

•

水管破裂

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新一代新风的定义

现有机房新风的误区

简单地认为就是安装几台新风设备

片面追求单机大风量

忽略了机房气流发生了改变，导致形成局部“热岛”

盲目联动空调，以牺牲机房温度为代价，片面追求节能

牺牲机房的洁净度，带来长

期隐患

优秀的机房新风系统

多点位、小风量“风墙”构造

借机理顺气流组织，消除机房热岛

保证机房洁净度

无漏水、结冰、安防等隐患

符合消防尤其是气体灭火的要求

•

•

简便

量小

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水帘新风的优势

温湿度的变化

绿色：-采用天然的冷却剂-水来降温，即

使环境温度高于室内温度也能使用

清洁：-水幕可以对空气进行

房洁净度

，保证机

湿润：-正好符合机房加湿需要

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出风℃

室外℃

环境湿度(%)

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

10

3.2

4.0

4.8

5.6

6.4

7.2

8.0

8.6

9.4

15

6.6

7.8

8.8

9.8

10.8

11.7

12.6

13.4

14.3

20

10.1

11.4

12.8

13.9

15.2

16.2

17.2

18.2

19.2

25

13.4

15.0

16.6

18.0

19.4

20.6

21.8

22.9

24.0

30

16.6

18.6

20.4

22.0

23.6

25.0

26.4

27.7

28.9

35

19.8

22.2

24.2

26.2

28.0

29.6

31.0

32.4

33.7

40

23.0

25.6

28.1

30.4

32.3

33.9

45

25.9

29.2

32.0

34.4

50

29.0

32.7

35.8

前端产品图-模块组件

能“水式魔芯”

前端设备及技术，

进

幕墙，可大幅降温和除尘，

间隔可达半年且

方便。

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水式魔芯

引入形成

神经网络式（ANN)机房新风（进风）系统组网

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ANN结构特点

重力式进风机构

无任何执行机构，永不卡

死，无需维修

模块化的组装结构

注塑工艺-防火ABS

全密封结构、全拆卸组件

筒式结构

减少气流阻力

有效利用空间

特别功效

更好的雾化喷水效果

化冰功能-冬季不停水

单机、组网随心所欲

安装简洁合理

独特的美观设计

简单的开孔

轻便的搬运

不锈钢进风管

高效净化空气

-提供比机房本身更洁净的

空气

-超强的四重

水雾

水帘

过滤

方便

简便

高效发

超长

保证机房

滤芯

高效圆形专业空滤器（发型）

活性炭过滤（含硫空气过

滤）

无需工具、

间隔

上盖打开、防呆设计

净度

半年费用

间隔，超低运维

超低功耗-0.2kw

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ANN主要指标

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主要控制规则

室外温度≥室内温度

新风停止

室内超温

新风停止

溢水

、停水

结冰

化冰开启

极寒

退出运行

换水周期

可设

室内湿度上限

可设

基本参数

电压

220V单相，或380V3相

功率

0.2KW

加热器功率

0.3KW(供严寒地区选用)

主风机额定风量

2040m3/h

实际输出风量

1450m3/h

额定风压

145Pa

尺寸（L×W×H）

608x493x760mm

设备净重

15Kg

运行重量

25Kg

排风机

300m3/h

功率

0.03KW

适用面积

15～20㎡（根据负载最后确定）

节能效果--连云港电信

试点机房：在5月至10月期间，节电效率可

达30-40%，其它月份节电率更高，冬季空调完全停止，年平均节电效率高达50-60%

理论及实际效果：北方地区节电率达60%

及以上，江南地区不低于45%，华南地区不低于20%

投资回报：投入少回报高，设备可

使用，一劳永逸

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概况

项目地址

龙河大楼

预期效益

≥45%

使用情况:

2011年连云港电信公司龙河二楼机房：该机房面积约500平方米，安装三台U45A海洛斯空调，负载直流电流396A。

不用该技术时，耗电量一年为219800度；用该技术时，一年耗电量为87000度。年节电量为219800-87000=132800度。年节电率为：60.4%。一度电1.0元计算，一年节约电费132800元。 （区域不同节能效果会有差异，一般说来北方优于南方）

新建机房

汉云科技

D

ube节能型智能IDC集成模块

介绍

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新建机房

集成模块-性能参数

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集成模块综合数据

基本参数

综合占地面积

8㎡

装机容量

(42U-45U)*4

PUE（空调设备）

1.2–1.4

精密空调16KW

1-3台

模块内容

冷气系统（含风量调节器）

新风系统（含风量调节器）

排热系统（含风量调节器）

环境 模块集成柜

强、弱电接入端子箱

接地系统

门禁系统

机房照明

运营能耗

制冷能耗节省

40%-90%

基础投资

基础投资节省

10%-35%

集成模块功能特点

一、集成模块采用 集成设计,包括:

-机架；-供电；-网络；-通风；

-制冷；-门禁；-照明；-消防；-智控。

二、集成模块采用节能设计，同等服务器满载情况下，空调配备制冷功率降低10-16KW，年电力消耗节省7-9万度。

三、主要特色–即插即用；高效节能。

1、高承载服务器机架（可承载800KG负荷）；

2、高密度服务器装载（每模块装载量达200台）；

3、独立冷热分区，大幅提高冷气利用效率；

4、特制新风系统，大量利用自然冷源减少运行耗电；

5、智能温湿度气流集成模块系统；

6、一体式安装，即插即用；

7、部署周期：10个工作日完成快速部署；

8、高扩展性：1-N个模块按应用环境分批扩展。

新建机房

集成模块与传统机房比较

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项目

模块化机房

传统机房

能源利用率

低

高

对高密度装机的支持

支持

不支持

部署周期

快

慢

可扩展性

高

低

对自然环境要求

中

低

物理安全性

高

低

独立配电

支持

不支持

独立

支持

不支持

独立温控

支持

不支持

对建筑承重要求

低

高

新建机房

案例图示

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新建机房

集成模块原理图

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新建机房

模块化效果及实际图

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图际实房机云汉

图果效面侧

图果效面正

汉云案例

-

-

江苏省

云计算

-

-

扬州电信IDC数据中心

RAD数据中心汉云技术支持

赞奇科技云渲染数据中心（一期）

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机房

改造

江苏电信扬州数据中心机房节能改造

（2011.11–2012.02）

江苏汉云信息科技

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机房

改造

扬州电信机房节能改造前

改造前

存在多处高热点

温度・湿度・风量

与服务器电耗测定

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机房

改造

扬州电信机房节能改造效果

吸气扇＆空调压缩机

空调

排气调整阀

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机房

改造

扬州电信机房节能改造效果

服务器总能耗=139.1KVA

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PUE改善效果2：

由于气温分布均匀，提高空调设定温度，25.2%改善

规格(KVA)

数量（台）

合计能耗(KVA)

空调

风扇

5.2

13

67.6

压缩机

11.4

5

57.0

PUE值

(139.1+67.6+57.0)÷139.1=1.9

PUE改善的效果1：

通过冷热隔断，减少压缩机使用，得到11.3%改善

规格(KVA)

数量（台）

合计能耗(KVA)

空调

风扇

5.2

17

88.4

压缩机

11.4

7

79.8

PUE值

(139.1+88.4+79.8)÷139.1=2.2

改造前

规格(KVA)

数量（台）

合计能耗(KVA)

空调

风扇

5.2

17

88.4

压缩机

11.4

11

125.4

PUE值

(139.1+88.4+125.4)÷139.1=2.54

机房

改造

扬州电信机房节能改造效果

细节

机房改造

》

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扬州机房改善效果1、2，可每年节省电费

空调耗电节约

213.8KVA（改造前）-