不忘初心 厚积薄发 ——艾特网能匠心节能创新技术分享

2016-12-3

近日,中国数据中心节能技术委员会(GDCT)和香港雅式展览集团承办的“2016’中国数据中心节能技术大会”在北京新世纪日航酒店隆重举行。本次大会是中国数据中心节能领域的最大规模盛会,会议紧紧围绕“创新与实践,变革节能之路”的主题,吸引了数近千位来自数据中心行业的用户、各领域CIO、CTO、行业专家、集成公司、领导企业、设计院所、技术人员、节能服务公司等大咖齐聚北京共享这场“节能盛宴”。

彭少华副总裁代表“2016年度节能先进产品”单位的深圳市艾特网能技术有限公司在会上发表了《数据中心制冷技术应用的部分思考与创新》的主题演讲。

 

彭少华:非常感谢大家,也非常荣幸代表深圳市艾特网能技术有限公司跟大家做汇报。我今天演讲的题目是《数据中心制冷技术应用的部分思考与创新》,其中最主要的落脚点还是创新和节能这一块。简单的自我介绍一下。我很荣幸也是数据中心行业的一名老兵,在这个行业工作了近20年,也积累了一些经验和心得,希望今天能抛砖引玉的与大家分享,目的是希望能为推动行业科学发展,或者说引导客户理性决策尽点微薄之力。同时也把现在比较流行的,或者是比较创新的技术跟大家分享一下。

第一个是数据中心制冷技术应用的思考,简单的讲几点我们对数据中心制冷系统设计的认识。目前在数据中心建设这一块,大家也或多或少的,主动被动的接受了很多理念,有的是囫囵吞枣的接受的,有的是理性接受的,我今天讲的内容是在如何理性接受这些理念方面给大家一点建议,包括怎么去认识标准或者要求的实质。首先是TIA942的标准,很荣幸昨天我也跟Uptime亚太区资深总监Thomas就TIA942进行了简短沟通,他提出了uptime关于TIA942在T1、T2、T3、T4认证条款方面的观点,每一个等级的认证只关心数据中心达到的结果,而不会去关心其中是采用什么样的手段或者过程来实现。比如说要求连续制冷,或者要求连续供有明确要求采用什么样的方式连续供电,或者什么样的方式连续制冷,只要能达到这个目的就可以了。所以我希望大家比较理性的认识和理解国标及规范。这里,我挑几点TIA942里面的要求和大家分享下。

 

第一个是水的问题,这里面明确写了关于水路,不管是冷水水管还是冷凝水水管,在经过主要IT服务器、数据中心服务器和区域的时候是有标准要求和说明的。T1和T2的要求是允许但不建议,T3和T4的要求是不允许。

第二个是空调设备连续供电问题,标准里明确要求了不同等级采用的给机械设备(也就是制冷设备)的供电方式,其中T3&T4的要求就是确保机械设备不断电,最终的目的也就是保证数据机房连续供冷。

第三个是水管系统的安全设计问题。在冷却水管道系统的要求里面,T3的要求是说冷却水管必须做成平行双总管系统。T4的标准是说要做成双管系统。既然T4比T3的标准要严格,也就说明双管系统肯定比平行双总管系统要更没有单点故障风险,更优于平行双总管系统。所以,双管系统可能就不是我们通常所理解的双路总管系统,而是完全独立的2N水路系统。而这里的平行双总管可能就是我们通常理解的双路总管系统,有汇流和分流结点的。在冷冻水管道系统的要求里面, T3的要求是说冷冻水管必须是双路环路系统。 T4的标准是说要做成双管系统。既然T4比T3的标准要严格,也就说明双管系统肯定比双路环路系统更没有单点故障风险,更优于双路环路系统。那双管系统是什么意思呢?可以肯定,这里的双管系统肯定不是从我们平常理解的分集水器上面接两个总管到楼上去就叫双管路系统,按照其T4要求及优于平行双总管和双路环路来看,个人认为,TIA942里的双管路系统可能就是完全独立的2N水路系统。这是我个人对TIA942的理解。

  

还可优化的地方:第一,TIA942里面既明确要求设备的备份问题及不间断供电的问题等等,也说明了管路系统的安全设计问题。但没有讲清楚,管路系统跟设备之间怎么连。这就造成有些设计出现设备是N+1或者N+X了,管路也是2N上去或者双总管了,结果在管路和设备连接的时候用又汇总连在一起了,汇流和分流汇总点算不算单点故障呢?TIA942里面没有做具体的说明,也是容易对TIA942的相关描述造成误解的地方。第二,只讲了双管路、平行双总管和双路环路,没有具体描述其定义及差别?

还有一个是水管环路系统设计,这里讲一个比较典型的系统,冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵及冷却塔的进出口均设计了水管环路系统,四台冷水机组及相关设备,总共需要配置8个环路水管系统,每个环路水管系统上又为了避免单点故障而在每个节点前后设计了阀门,就是一个这样较为完整和典型的环路系统。我想跟大家分享的有几点:第一,我们引入了很多环路系统,包括环路管道上的多阀门设计,目的就是为了避免单点故障、为了系统安全。但真的引入了这么多的管道阀门是为安全加分吗?还是又增加了不安全的因素呢?这个需要大家思考。为什么说会增加不安全因素呢?这里给大家做一个提醒,我们在配电系统会有很多切换开关来实现单点故障,来实现不同电路之间的切换。安全的原因是因为空气开关的工作环境是空气。而水管系统的阀门是常年工作在水中,或者说的更白一点,它是常年浸泡在水中。泡一年没有问题,两年没有问题,但五年、十年还没有问题?相信你们都不会相信。有人说他用的全部是不锈钢阀门,阀杆是不锈钢的,阀板是不锈钢的,但极有可能固定阀板的螺丝就不是不锈钢的,这样才能保证螺丝的刚性和紧固性。如何保证常年泡在水里的阀门在需要开的时候就真能顺利打开,不被锈死或者泥沙颗粒卡死,这种可能也是大家可以想象得到的。第二个,这些阀门真能切换吗?或者能不能自动切换呢?阀门泡在水里面,真正切换的时候锈死没有?有没有被泥沙颗粒卡死?这张胶片里的典型系统还只是一个冷冻机房的阀门,还不包括末端机房及中间管道,就已经有将近120个阀门。整个系统总体算下来,至少不低于300个阀门,更糟的是这么多阀门之间还没有一个必然的逻辑关系,如果你做自动控制系统的话,自动控制第一个前提条件是要能编程序,而编程序的条件就是要有逻辑,没有必然逻辑关系的系统是很难编出程序来的。如果改为用手动也是很麻烦的事情。DN300和DN400的阀门,加上阀柄有半个人高,还带着水压,可能要至少两个人才能拧动,还是很麻烦的。

 

第三个,设计先进与运维可行的关系,在系统设计时追求最先进的设备,最先进的系统和架构,设备设计了N+1或者N+X,系统设计了环路或者2N系统,设计层面很先进很完美。但真正到运维层面,机房运维工程师真的能按设计运行好吗?我套用一句在数据中心领域的一个权威设计专家说的话 “设计的再先进,拿给你不能用,顶啥用。设计的再好,拿给你不会玩,也不顶用“。即使设计再先进再完美,到工程师手上不知道怎么玩,这也是个问题,这是需要我们思考的地方。还包括蓄冷的问题,蓄冷罐一方面是应急冷源,另外一方面还有些拓展功能,包括应付初期的低负载及做部分削峰填谷蓄冷用,但其最主要的目的还是做应急冷源,如果做应急冷源,我这里抛砖引玉的给大家提两个问题。第一,连续制冷就一定要蓄冷吗?还有没有其它可保证连续供冷的方式?第二,蓄冷罐一定需要常在线吗?蓄冷罐主要的目的是做应急冷源,应急冷源的概念就是应急,如果常在线的参与日常工作,这个设计逻辑是不是有点问题?可不可以改?对于供电系统需要常在线,是因为电气设备有小于20ns的不间断要求。但制冷系统是有惰性的,即使断电几分钟系统都可能还有安全冷量,有5分钟了,所以制冷系统应该是不管是否常在线,只要在机房还没升温起来前应急冷源能切进来就可以。我们可以用配电系统架构的思路来理解制冷系统,但是用同样的时间观念来核定就有点问题,空调5分钟以内算连续,供电2ns以内算连续。

以上也都是个人意见,如果有讲的不对的地方,也请大家多多包涵。

 

第二部分,在创新节能的方面,有哪些创新节能新的技术,或者现在都在谈哪些节能技术。首先给大家看一个国外典型案例,这个是美国SuperNap AHU ,采用直接蒸发供冷技术。室外最高温度可以达到40度,即使这种环境条件下也能达到年平均PUE在1.18,最低的PUE在1.08,这是如何实现的呢?我们经常讲要利用自然冷节能,只有在中国的北方或者长江以北的地区才可实现,现在我告诉你,SuperNap AHU就建在美国拉斯维加斯的沙漠,即使在室外气温在40度的时候也可以实现节能。这个系统本身有六七种模式,这里讲的简化成三种模式了。第一种,沙漠地带昼夜温差大,在夜间温度低时可以利用室外的新风直接冷却机房。第二种,在室外温度比较高时采用喷淋蒸发降温。第三种,在喷淋蒸发降温还不够的情况下启动机械制冷。其优点主要在于,自然冷节能、部署快速、模块化、标准化、产品化。缺点就是对室外空气质量要求高、耗水量大、低湿及高湿时能耗大、维护成本高、制冷设备成本高。

再看一个国内典型案例,这个是腾讯的T-BLOCK,采用间接蒸发供冷技术,室外空气不直接进来,只是利用室外空气的冷量。通过工信部的检测,年平均PUE在1.07,最低的时候在1.03,这个系统架构上与SuperNap AHU很相似,只是中间增加空空换热器(相当于中间加了一个隔离变压器)室外的空气只是把冷量通过空空换热传给室内的空气,但室外空气本身不进来,这样就减少了室外空气对室内的影响,同时也在室外空气侧增加了喷淋蒸发冷却。室外温度低时直接传冷进来,空气不进来;温度高的时候喷淋蒸发降温后再传冷进来;温度过高时就启动机械制冷。其优点主要在于,自然冷节能、空气质量无要求、部署快速、模块化、标准化、产品化。缺点就是设备成本高、耗水量大,定制化程度低、信息安全差等。

这样就应运而生的出现了艾特网能CoolBlock模块化间接蒸发冷系列产品,从风的温度和湿度中汲取自然冷实现节能,单机可以做到100KW-500KW,总共有三款产品,第一种是带压缩机制冷的CBD模块间接蒸发自然冷,第二种带冷冻水盘管的CBW模块间接蒸发自然冷,第三种是带氟泵自然冷CBF模块间接蒸发自然冷。

 

看一下它的工作原理,CBD/W是利用压缩机制冷或者冷冻水盘管供冷的方式,有七种工作模式,包括新风直接自然冷却模式、新风间接自然冷却模式、间接蒸发冷却模式、新风间接自然冷混合供冷模式、间接蒸发冷却混合供冷模式、蒸发冷凝机械制冷模式、纯机械制冷模式。每一种模式都是建立在最高运行能效基础上。适用于创新节能数据中心、模块化数据中心群、快速部署的数据中心、水资源丰富的数据中心。如果水资源不丰富的地方,我们可以采用CBF模块化间接蒸发自然冷产品,是利用氟泵自然冷加间接蒸发冷实现节能的。它也是有几种模式,第一种是氟泵自然冷却模式、蒸发冷凝氟泵自然冷却模式、氟泵自然冷混合供冷模式、蒸发冷凝氟泵自然冷混合供冷模式、蒸发冷凝机械制冷模式、纯机械制冷模式,适用于创新节能数据中心、模块化数据中心、快速部署数据中心以及水资源匮乏的数据中心。而且艾特网能也根据每个区域气候条件,对每种设备的CLF及WUE进行了详细模拟计算,如果是CBD/W,回风35度的时候,全年的制冷因子可到0.072,PUE大概在1.08以下。即使是深圳,如采用间接蒸发冷却也可以让PUE在1.3左右。如果是CBF,回风35度的时候,全年的制冷因子可以低到0.074,PUE大概在1.1以下。Coolblock模块化间接蒸发冷却设备的主要优点就是结构模块化、工程产品化、产品标准化、部署快速化、低PUE。

 

下面介绍下我们CoolBlock的研发力量,Coolblock的研发团队成员,几乎都是数据中心制冷行业的某几项尖端技术或者某几项优秀产品的主创人员或者发明人,我相信在如此强大技术力量的支撑下,我们也一定能把更先进、更创新的技术(包括Coolblock)推向更大的成功,为行业及客户做一点贡献。

最后给大家再谈点其它创新节能技术。首先是R410A空调机组,在欧洲已经强制普遍使用,在中国也逐渐成为机房空调的趋势性要求。艾特网能可标准配置R410A的机房空调机组,主要优点是:环保、节能、变容量制冷。其次是氟泵自然冷机组,近几年被广大客户普遍接受和大量成熟使用的明星节能产品,夏天是用压缩机制冷,冬天的时候压缩机停止而启动只有几百瓦的氟泵,把室外的冷量通过氟泵传输到室内来,同一套制冷系统即可实现纯用室外自然冷、混合制冷及纯压缩机制冷的方式,在北方平均节能率可达到40%以上,只要室外温度低于20度即可实现节能。最后是风机&表冷矩阵AHU,可以利用室外的新风直接供冷,也可以利用室外的新风和回风进行混合供冷,还可以直接喷淋蒸发冷却,也可以补充机械制冷,在室外温度28度以下,就可以实现自然冷节能。室外空气洁净的地方,可以实现平均PUE低于1.2。

 

最后简短介绍下艾特网能公司,成立于2008年,到2016年已经有8年的成长历史。主要聚焦于模块化数据中心、机房空调及UPS供配电等业务。近十年来,在产品技术层面取得了超过百项技术专利、通过了多项业内最严格的产品及技术认证和许可、也获得了多项行业先进技术和解决方案奖项;在业绩及应用案例层面也全面入围三大通信运营商集采、中央政府集采、部分BAT客户及金融客户选型入围,几乎在行业内要求最严格和技术难度最大的客户案例中,艾特网都有一些令人瞩目的贡献和成绩,也已跃升国产品牌前三名。由于时间关系,今天就不作具体讲解了。总之,艾特网能具有雄厚的研发技术力量和厚重的实施技术经验,有能力、有信心也有决心服务好数据中心客户,为数据中心行业科学高效发展做出贡献。也希望大家多多支持。

谢谢大家!