高密度发热数据中心空调系统技术解决方案课件

Solutionsforhotspotindatacenter

数据中心热点ChenYunshuiAirsysRefrigerationEngineeringTechnology(Beijing)Co.,Ltd.阿尔西制冷工程技术(北京)高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Really?真实情况是什么？Isthehotproblemreallysoserious?热问题真的如此严重吗？高密度发热数据中心空调系统技术解决方案内容数据中心热密度发展史数据中心高热密度实际状况“热点”与“热区”的概念热点与热区应区别对待1热点形成的原因当前热点解决方案及其缺点23456高热密度到底有多高？热问题并不是“高热密度”ONSPOT热点空调机ONSPOT热点空调机的类型总结7891011高密度发热数据中心空调系统技术解决方案CONTENTSHistoryofhighheatdensityofdatacenterRealstatusofoverheatindatacenterConceptof“hotspot”&“hotarea”Differenttreatmentsforhotspotandhotarea1Whyhotspot?Currentsolutionsandshortages23456Howhighisthe“highheatdensity”MainproblemisnothighheatdensityONSPOTAIRCONDITIONERTypesofONSPOTunitSummary7891011高密度发热数据中心空调系统技术解决方案数据中心高热密度解决方案历史从2000年前后开始，由于数据中心电子设备发热量快速增加，不断有人提出数据中心高热密度问题。越来越多的解决方案也被提出来。同时随着互联网技术的发展，数据中心的规模越来越大，发热量也越来越大，因此，所谓的“热问题”也越来越严重。参见下图。Thehistoryofhighheatdensityofdatacenter高密度发热数据中心空调系统技术解决方案数据中心热密度发展趋势Reallysohighdensity?热密度真的这么高吗？Heatdensitytrendsindatacenterequipments高密度发热数据中心空调系统技术解决方案90%ofdatacenter:OverheatexistedVerycoldatthesametimeAfteralotofsurveytothedatacenter数据中心实际过热情况Realstatusofoverheatindatacenter经过大量调查：90%以上数据中心存在过热然而，同时感觉到非常冷高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Hotspot：thehotspaceformedbyseveralcabinetswithoverheatHotarea:thehotspaceformedbymorecabinetswithoverheat热点：由少数几个过热机柜形成的范围较小的偏热区域热区：由较多相互靠近的过热机柜形成的范围较大的偏热区域“热点”与“热区”概念HotspotHotareaConceptof“hotspot”&“hotarea”高密度发热数据中心空调系统技术解决方案HOTSPOT≠HOTAREA热点≠热区热点和热区应区别对待DifferenttreatmentsforhotspotandhotareaMostofthecurrentsolutionsforhotproblemindatacenterisactuallypreparedfor“hotarea”,evenbepreparedforthewholedatacenterroom----Alotofenergywaste.目前，大多数数据中心热问题的解决方案实示上都是为“热区”而设计的，甚至是为整个机房而设计的----这会造成大量能源浪费Because:HotspotisdifferentwithHotarea因为“热点”不等于“热区”Shortageofexistingsolutions现有方案的缺点Biginvestment,quantityofworkingamount,longprojectworkingduration,highenergyconsumption投资高，工作量大，项目周期长，能量消耗多Reason:Nogoodsolutionsforhotspot源于：缺少良好的热点解决方案高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Whyhotspot?为什么会出现热点？BadairdistributionElectr.devicesnoteveninstalledincabinetPeakloadofequipment气流组织不好机柜内部结构不当或元器件分布不均设备高峰负荷集中制冷能力不足不是主要原因Theinsufficientcoolingcapacityisnotthemaincause.Detailfollowed详见后面高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Actuallynotthein-sufficientcoolingcapacityofPACDueto:ColdaircannotbereachedtohotplaceSlowairsupplyspeedObstaclematerialinthewayofairsupplyairHighairflowresistanceinthewayofairsupplyLowairsupplypressurePlaceofsupplyairgrillisnotcorrectAirvolumeisnotmatchedwiththeloadofservercabinetBadairdistribution机房气流组织不好出现热点，并不是因为机房空调机的制冷量不足是因为:冷风不能送到热点位置或热点位置冷风量不足送风速度过低送风通路上有阻碍物送风通路上空气阻力过高送风风压不足送风格栅的位置不合适送风量与机柜的热负荷不匹配高密度发热数据中心空调系统技术解决方案机柜内电子元器件不均匀LowerdensityofE.devicesHigherdensityofE.devicesElectr.devicesnoteveninstalledincabinet高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Peakloadofequipment通信高峰PeakcommunicationWhenitisatthepeaktimeofcommunication,theheatgeneratedbyserverishighbecauseoftoomuchcalculation在通信高峰时段，服务器会产生更多的热量，因为此时的计算工作量大高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Internalstructureofcabinet设备内部结构ToomanydevicesinthecabinetUn-evendistributionofdevicesUn-evenheatloadofdevicesInsufficientairvolumecapacityofinternalfansHighdevicesdensityInsufficientairflow机柜内部元器件太多元器件分布不均匀各元器件负载不一致机柜内部风机风量不足高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Currentsolutionsandshortages当前方案及缺点Reducethetemp.ofdatacenterInstallmoreaircons.Dispersetheheatload降低数据中心机房温度新增机房专用空调机分散过热机柜的负载高密度发热数据中心空调系统技术解决方案常规机房控制温度为:24℃经常被降低到：20℃-18℃或更低机房温度降低1℃，空调机的制冷效率会降低2－3%，甚至更多。同时，其制冷量会降低3－5%，不但如此，这还会引起空调机不必要的除温和加温。如果机柜内部进一步过热，这种方法就不可行了。因为机房温度过低时，空调机制冷盘管会结霜降低机房的温度容易方便但不节能机房控制温度EER能效比24℃机房温度降低能耗增加20℃高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Normalcontroltemp.ofDC:24℃Itisoftenbereducedto20℃or18℃orevenlowerbyadministratorofDCWhentheroomtemp.isreducedby1℃，thecoolingefficientofairconditionerwillbereducedby2-3%orevenmore,andatthesametime,thecoolingcapacityofACwillreduceby3-5%,furthermore,therewillbemoreun-necessaryhumidifyinganddehumidifying.Iftheoverheatofcabinetgoesworse,thiswaywillnotwork,becausethecontroltemp.ofDCcannotbereducedfurthermoreduetofrozenonthecoilofAircon.Reducethetemp.ofdatacenterEasyConvenientButenergywasteControltemp.ofDCEERNormalcntrl.Temp.Ccntrl.Temp.forhotDCPowerconsumptionat24℃Powerconsumptionat20℃Controltemp.decreasingEnergyconsumptionincreasing高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Installmoreaircons.

添加空调机Anyway,thiswillleadtoabiginvestment.这种方法的投资很高,还不一定能解决问题Someuserthinkaboutsimplythattheoverheatiscomefrominsufficientcapacityofairconditioner,so,installmoreairconditionerforthedatacenter.Insomecases,itworkswhentheairconditionerisinstalledatagoodpositionandthecoldaircanbesuppliedhotposition.Manycases,itdoesnotworkwell.某些用户简单认为出现过热是因为空调机冷量不足，所以就添加空调机。某些情况下，当空调机的安装位置合适、冷风可以直接送达过热位置时，这种方法有效。高密度发热数据中心空调系统技术解决方案将负荷分散当某个机柜出现过热时，有经验的用户会将该机柜内部的设备分开安装到其它发热量较小的机柜这种方式很有效，不过，有较大的拆、装工作量当相关元器件不能分散、必须安装在一个机柜内部时，这种方法就不能使用了。高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Dispersetheheatload

Thedeviceswithhigherheatloadiscentralizedin1cabinetThedeviceswithhigherheatloadisdispersedtomanycabinetsWhenthereisacabinetoverheated,theexperienceduserwilldispensetheheatloadtomanycabinets,thatistosay:movetheelectronicdevicesintheoverheatedcabinettoovercabinetwithlowheatload.Thismethodsworks,but,therearealotoflaborworksfordismantling,assemblingandrelatedexpenses.More,sometime,thismethodscouldnotbecarriedout,becausesometimes,allthecomponentsorserversmustbeinstalledatasamecabinetfortheneedsofmanagement.高密度发热数据中心空调系统技术解决方案出现过热现象时，机房管理人员会同相关专业人员商量。有经验的设计师、安装人员在现场考察之后，会推荐这个方案。应该说，这是一种好的方案。调整空调机的位置、调整气流分布后，问题可以解决。优化空调机的安装位置相关工作和费用:

重新安装风管、水管、制冷剂管路重新接线、调试注意事项:

费用仍较高较长的施工周期某些时候，此方案不可行。高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Whenthereexistshotspot,theadministratorofDCwillconsultwithairconditioningsupplier.Theexperienceddesigners,installationpeopleswillputforwardthissolutiontouseraftersurveyingtothedatacenter.Itshouldbeconfirmedthatthisisagoodsolution.Theairflowdistributioncanbeimprovedandtheoverheatcanbeeliminatedbythismethod.Worksandexpenses:Re-pipingforairduct,waterpipe,refrigerantpipesIssues:HigherexpensesLonginstallationengineeringdurationMaynotbepossibletocarryoutsometimes.OptimizetheinstallationpositionofAC高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Accurateairsupplyorreturn精确送风或回风Thisisaverydirectsolution:MakethecoldairfromACdirectlybesuppliedtothehotpositionorhotairreturnedfromhotposition.Issuesandconsiderations:AirpressureofACshouldbehighenough,ifnotso,afaninairductisneeded.(thisisthemostcases)NobackupofACHighinvestmentNeedbigspaceforairductinstallation

这是一种非常直接的方案:将冷风直接从空调机的出风口送到过热位置或者将过热位置的热空气抽走到不过热位置注意事项:空调机的风压必须足够，必要时在风管上安装风机（一般都需要）要注意空调机有停机的时候投资高风管安装的工作量大，空间占用多高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Buildnewmachineroom新建机房Thisisanextremewaybutalsopopularone.Manyun-necessarynewmachineisbuiltupbecauseofheatproblem.Accordingtoourviewpoint,mostofthecases,thenewmachineroomisnotnecessarytobuild.Exceptthatthereisanotherbigreasonbesidesofhotproblem.这是极端的做法，却也是比较普遍的做法。因为热问题而兴建了许多不必要的新机房。根据我们的观点，多数情况下，这些新机房是不需要建造的。除非有其它热点问题之外的大原因。高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Howhighisthe“highheatdensity”(1)热密度到底有多高？Overheatedcabinet=Highheatdensitycabinet+Superhighdensitycabinet所谓过热机柜是指高热机柜以及超高热机柜高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Howhighisthe“highheatdensity”(2)热密度到底有多高超高热机柜Superhighdensitycabinet5%高热机柜Highdensitycabinet95%Weshouldpaymoreattentiontothe“highdensitycabinet.Weshouldusedifferenttreatmentsforhighdensityandsuperhighdensitycabinet.由于高热机柜占大多数，所以，我们应将更多的注意力放在高热机柜，并且对超高热机柜与高热机柜采用不同的处理方法。高密度发热数据中心空调系统技术解决方案主要问题并不是高热密度热点高热密度我们所谈论的高热密度只是一个表面现象，并不是真正原因。真正的问题是“热点”实际之中，我们大多情况下谈论的所谓“高热密度”问题实际上是“热点”问题。关键原因高密度发热数据中心空调系统技术解决方案MainproblemisnothighheatdensityHotspotHighdensityHighheatdensityisasuperficialphenomena,nottherealcauseTherealissueisthe“hotspot”Mostly,whatwetalkedisactuallythehotspotproblem.KeycauseRootcause高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Anairconditionerspeciallydesignedforhotspotindatacenter.CauseofhotspotTypeofhotspotAirdistributionororganizationFeatureEasyuseEasyinstallSmalldimensionsLightweightFlexiblePlug&playThemostsimplifiedandcorrectwaystosolvehotproblemindatacenter这是解决数据中心热问题的最简单直接和最正确的方法HOTSPOT

ONSPOTONSPOT热点空调机这是为数据中心热点而特别设计的空调机热点形成的原因热点的类型气流分布和组织产品特点容易使用容易安装尺寸小重量轻灵活即插即用ONSPOTAIRCONDITIONER高密度发热数据中心空调系统技术解决方案机柜的进风由ONSPOT预冷到14－16℃，这样机柜的出风就降低到28－30℃。这样机柜的过热现象就消除了。WorkingphilosophyofONSPOT工作原理过热机柜的进出风温度当过热机柜进风口安装ONSPOT空调机时冷凝热以较高速度送到不过热的地方CabinetCabinet高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Theenteringairispre-cooledto14-16℃,so,theleavingairtemp.isreducedto28-30℃andtheoverheatofthecabinetisremoved.WorkingphilosophyofONSPOT工作原理Enteringandleavingairtemp.ofoverheatedcabinetAnONSPOTairconditionerisinstalledinfrontofanoverheatedcabinet.CondensationheatisblowtoaplacefarawayfromhotspotCabinetCabinet高密度发热数据中心空调系统技术解决方案客厅分体空调室内机冰箱分体空调室外机以客厅中的冰箱为例:在客厅中安装了一台分体式空调机与一台冰箱分体机制冷量：5200W冰箱热负荷：100W,约为空调机制冷量的2%1个常规小型数据中心的面积约为：150m2其总热负荷为：120kW一般情况下会配置：180kW制冷量的机房专用空调机ONSPOT工作时的热负荷为：1.1kW如果有5个热点,安装5台ONSPOT，则其总热负荷为：5.5kW,只有机房空调机总制冷量的3.3%。如果增加到10个热点，使用10台热点空调机，也只引起11kW的热负荷，占空调机制冷量的6.6%。由于ONSPOT并不是连续运行，其实际总热负荷较低，只有上述计算值的70%左右。由此可见，ONSPOT工作时的热负荷可以忽略不计实际上，我们使用其它方法消除热点时，所引起的附加热负荷比ONSPOT均要高一些。ONSPOT空调机增加机房热负荷吗？高密度发热数据中心空调系统技术解决方案LivingroomIndoorunitofsplitACRefrigeratorOutdoorunitofsplitACYoumayask:TheONSPOTairconditionerisinstalledinsidedatacenter,DoestheONSPOTairconditionerincreasestheheatloadtodatacenter?Orwillitmakemoreoverheat?No.Neednottothinkaboutthisissue.Forexample:ThelivingroomwithasplitairconditionerandarefrigeratorTheaveragecoolingcapacityofSplitAC:5200WTheaverageheatloadofrefrigerator:100W,around2%ofcoolingcapacityofsplitAC.Let’scomparewithONSPOTindatacenterAnormalsmalldatacenter:150m2with120kWheatingloadand180kWprecisionAC.TheheatingloadofanONSPOTis1.1kWIfthereis5hotspots,wewilluse5ONSPOTunits,thetotalheatingloadis5.5kw,whichis3%oftotalcoolingcapacityofPAC.Ifthereis10hotspots,wewilluse10ONSPOTunits,thetotalheatingloadis11kw,whichis6%oftotalcoolingcapacityofPAC.BecausetheONSPOTwillnotberunningcontinuesly,thetotalheatingloadofONSPOTwillbelowerthanabovecalculation,around70%.Besides,ifyouuseothermethodstoremovethehotspot,itmayproducemoreheatloadtothedatacenter.PleaserefertotherelativewhitepapersofAirsys.DoesONSPOTincreasestheheatloadtoDC?高密度发热数据中心空调系统技术解决方案许多用户采用降低机房温度的办法来解决热点问题。然而这种方法会导致高能耗。如果使用ONSPOT机组，不但不需要降低机房的温度，还可以升高机房的温度，从而节约大量的空调电能消耗。Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOT节能ONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurve能耗比例曲线名义工作点Nominalworkingpoint高密度发热数据中心空调系统技术解决方案Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurveNominalworkingpoint高密度发热数据中心空调系统技术解决方案应在数据中心机房配备数台ONSPOT产品，出现热点时，将热点空调机移到热点位置，接上电源，热点就消除了，就像灭火器一样。SeveralONSPOTshouldbepreparedandbackedupindatacenter.Ifthe