科技成果-分布式热管冷却技术

科技成果——分布式热管冷却技术适用范围通信行业可应用于通信基站、通信机房、新建IDC数据中心、学校信息机房、政企信息机房等高发热密度的信息机房的温度控制系统行业现状在北京，移动、电信、联通三家通信运营商的数据中心约为30万m2,全国共拥有约300万m2左右；百度、阿里、腾讯以及其他一些政府、企业都有大量的数据中心需求和应用；大量的提供数据服务的企业也拥有大量的数据中心；全国拥有超过100万座通信基站。按照常规机房面积600m2,配置的IT设备功率为500kW来核算，全国数据中心年耗电量超过千亿kWh量级，能耗巨大，CO2排放量超过3000万tCO2/a，具有较大的节能潜力。成果简介1、技术原理采用“自然冷源”，或“自然冷源+强制制冷”的方式，通过小温差驱动热管系统内部循环工质的气液形成自适应的动态相变循环，把信息机房内热量带到室外的排热，实现室内外无动力、自适应平衡的冷量传输。通过特定的设备设计形式，实现数据中心机柜级/行间级/通道级的精确供冷、低能耗供冷。热管技术是利用工质相变（气/液态转变）实现热量快速传递的一项传热技术。热管工作原理：（1）热管的蒸发段与热源（机房热空气）接触；（2）热管液态工质在蒸发段吸热蒸发，成为气态；（3）气态工质沿着热管的蒸汽管快速流动至冷凝段；（4）热管的冷凝段与冷源接触；（5）气态工质在冷凝段放出热量，冷凝为液态；液态工质在重力的作用下沿着液体管回流至蒸发段；（6）以上流程循环往复，实现热量快速传递。2、关键技术（1）通过全封闭连接管路中的工质自然循环进行热传递，不直接引入室外空气，保证机房室内空气的洁净度。（2）室内末端循环工质为不燃、无毒、无腐蚀、常压下为气态的制冷剂，通过小温差驱动换热芯体中介质达到动态的气液相变热力平衡，实现数据中心内设备的节能冷却，且保证无水进入机房，杜绝水浸机房的安全隐患，安全可靠。（3）室内设备全显热换热，无冷凝水产生，杜绝常规精密空调除湿、加湿同时进行这种不合理的费能现象。（4）采用分布式自适应按需冷却，根据机房实际需求，实现机柜级、行间级、通道级按需供冷的个性化温、湿度调控。（5）设备与数据中心的机柜、冷/热通道紧密结合，占地空间小，空间利用率高。（6）有效解决机房气流组织混乱的问题，消除局部热点。（7）用抗震结构设计，容灾能力强。

3、工艺流程分布式热管冷却技术由在机房内的SIS热管冷却末端、安装室外的DCU、冷冻水系统以及控制系统构成。热管排热机1巨图1分布式热管冷却系统的运行原理图人）室内部分设备：分布式热管冷却末端热管背板列间热管顶置式热管图2分布式热管冷却末端设备优点：高密度冷却，单机柜散热能力超过14kW。分布式冷却，各机柜按需供冷，消除局部热点。安全可靠，采用无毒、无腐蚀的气态工质，无液态物质进机房，避免因泄漏引发的安全隐患。监控完善，监控等级细化至单个机柜，更易于及时发现机房的运行异常，提高机房的安防等级。容错能力强，某个机柜发生故障时，附近区域内的机柜可提供充足的冷量，柜内IT设备可正常运行，机柜实现在线修复。能耗低，与常规风冷精密空调系统相比，年节电率〉70%节约用地，冷媒管路安装于地板下方、机柜上方，不占用机房地面空间。B）DCU（热管冷凝器）原理：DCU作为分布式热管冷却系统的冷凝端，负责将分布式热管末端中制冷剂所携带的热量传递至系统的冷源（冷水）中。DCU可根据分布式热管末端的负载情况，自动调节冷量输出，实现按需供冷。通过DCU使分布式热管冷却系统能够把冷量充分的携带至最靠近机房内热源的地方，又能够保证机房内无水进入，确保机房内设备运行的安全性。DCU的冷源（冷水）可来自于冷却塔、冷水机、或者是现有空调系统的冷冻水。C）冷源部分冷源部分用于为DCU供冷，冷源可由各种形式的自然冷源模块、冷却塔（直接蒸发、间接蒸发、开式冷塔、闭式冷塔）、冷水机（风冷机组、水冷机组）组成。在室外温度较低的地区（全年室外湿球温度低于16℃的时间较长的地区），可通过自然冷源模块、冷却塔将室外冷量引入机房，实现免费制冷。同时，机房产生的热量可以热回收的形式免费生产生活热水、采暖用水等。口）自控系统自控系统是用于实现热管背板系统自动控制以及运行状态监控的集成式的智能监控系统，主要功能有：动力环境监视：通过温度探点和各水路温度探点对整个机房温度进行全方位立体化的监控，系统还包括对供电系统电能信息的监控。综合自动化管理：通过对采集数据进行计算分析，调节热管排热量，控制区域温度防止局部热点的出现。系统优化节能：通过对采集数据进行计算分析，按需分配各区域的排热量。数据及时共享：提供RS485MODBUS-RTU、OPC、ODBC等多种接口，实时将数据同原有动力环境监控系统进行分享。自动监测自然冷源、热回收等各项数据中心所用资源的使用效率。主要技术指标1、分布热管冷却末端能效比三60；2、系统空调末端PUE因子W0.02；3、设备结构尺寸小，热管背板冷却末端厚度W200mm；4、末端的供水温度不高于14℃；系统无单点故障；5、系统无水进入机房，安全性高；模块化、标准化设计。技术水平1、技术鉴定及获奖情况通过国家教育部科技成果鉴定；入选北京市2013年节能低碳技术产品推荐目录；获北京市自主创新产品；获得中国通信学会2011年科学技术二等奖；申请并获得数据中心新型空调末端专利13项。2、目前技术应用现状及产业化发展情况分布式热管技术经过的长时间的应用测试、运行安全性评估，产品应用规模涵盖20个机柜的小型信息机房、3000个机柜的大型数据中心，已经在通信行业、政企事业用户得到广泛认可。目前该项技术的应用比例较低，具有较大的推广应用前景。产品将朝着定制化（节能改造方向），产品标准化、模块化（新建数据中心、快速部署）两个方向快速发展。典型案例典型案例1应用单位：中国移动通信集团山西有限公司项目名称：山西移动计费机房节能改造项目建设规模：机房面积约550m2。IT设备输入功率约为350kW。机房室内设定温度为23℃，8台上送风精密空调机房设备。为机房内局部热点较严重的机柜加装SIS热管背板，实现机柜按需供冷。室外采用自然冷源模块+冷机。主要设备：室内14个SIS热管背板及热管工质循环管路系统。室外SIS自然冷却风冷模块、风冷冷水机组（水系统）。项目实施投资104万元，，年节电量为38.05万kWh,约合122tce,房空调整体能耗降低24%,碳减排量为285tCO2,年节能经济效益38万元，投资回收期约为2.7年。典型案例2应用单位：中国电信股份有限公司项目名称：中国电信股份有限公司南通分公司机房制冷改造项目建设规模:安装13台智能冷却终端，单机柜制冷能力为6kW/rack。主要技改内容：机房共布置134台机柜，其中13台安装智能冷却终端，独立为服务器提供制冷服务。主要设备：13台智能冷却终端，1台冷量分配单元，1套智能控制系统，1台冷却塔，1台水冷冷水机组。技改投资额44万元，建设期为1个月。年节能量为105tce，碳减排量为227tCO2，年节能经济效益32万元，投资回收期约为1.4年。典型案例3应用单位：中国电信股份有限公司项目名称：中国电信股份有限公司南京分公司机房制冷改造项目建设规模：两个数据机房原风冷型机房精密空调制冷系统改造。主要技改内容：安装97套热管背板式空调，单机架设计功耗3.2kW。主要设备：97台微功耗散热机柜，11台台壳管式换热器，单台换热量270kW。技改投资额125.2万元，建设期为1个月。年节能量为160tce，碳减排量为374tCO2,年节能经济效益49.8万元，投资回收期约为2.5年。市场前景我国数据中心、通信行业快速发展，年投资经费超过千亿元，市场容量巨大。以当前数据中心、信息机房保有量500万m2计算，常规机房面积600m2,IT设备功率为500kW,采用常规水冷型精密空调机房PUE