机房送风方式.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,优化计算中心机房的送风方式与节能,主讲人 丁 涛2009.1,目录,一.简述:,二、送风方式对能耗的影响,a.,下送风方式优于其它送风方式,b、,对上送风机房的送风改造措施：,c.,下送风的两种形式:,架内循环与架外循环,d.,小结,e、,小型机的送风方式,三.气流组织要适应高功率密度机架,a.,低功率密度(小于4,KW/,架),下送风架内循环:效率高已采用,b.,中功率密度下送风+活化地板:己有部分机房在试用,c.,高功率密度(大于12,KW/,架)下送风全封闭循环:加吊顶修改规范四.专用空调与普通空调对能耗的影响五.,计算中心机房,的节能管理,一.简述:,不能因为计算中心占地面积大,能耗大就可以大手大脚,不计成本.其实计算中心挖潜的余地很大,优化计算中心机房的送风方式就是一个很好的例证!,几年前，我们对全国几个具代表性的大型,IDC,机房进行调研，（同室外环境温度,3538,的状态下）：,二、送风方式对能耗的影响,a.,下送风方式优于其它送风方式,内,容,下送风,专用空调机房,上送风,专用空调机房,上送风专用空调,和普通空调间隔安装,服务器运行负载功率（,KW,）,1120,255,112,509,空调同步能耗功率（,KW,）,550,322,121,981,空调占服务器能耗的比值,49%,126%,108%,192%,温度梯度的图解模型：,根据数学模型，我们建立温度梯度的图解模型，机房不同高度的温度梯度可模拟为下图（下送上回方式见图,a；,上送下回方式见图,b）。,温度梯度图形解析,由下图中最右的温度梯度图形可知，在同一个机房的相同环境下，两种送风方式在机房空间的温度梯度存在明显差异，其差值可由下图表示为：,下送风方式是计算中心机房最佳的气流组织方式,。它使温度在机房工作区整个高度上的阶跃值小于上送风的方式，因为它阻止了设备放出的热量再返回到机房工作区，提高了制冷效率，节约了能耗。,b、,对上送风机房的送风改造措施：,上海电信某上送风,IDC,机房，其通信设备发热量与空调机冷量数据如下,：,机房名称,机房面积,空调总容量,设备总发热量,机房冷负荷（设备发热量其他冷负荷,),主机房,450,308.5KW,187.95KW,215KW,网络机房,100,47.1KW,21.575KW,28KW,小 计,550,355.6KW,209.5KW,243KW,由于,IDC,机房热量大，上送风空调冷风吹不远，往往在机架走道,1/2-2/3,距离内有效果，其余地方是热浪滚滚。为此，我们采取计算摸拟的方式来确定介决方案：,机房现状,原空调对面加装空调方案,机架走道上部加装风机方案,我们采取加装接力风机的方式，见下图。机房经过两个夏季的考验，效果良好。,机算中心上送风机房另一种改造方法:,管道上送风方式(节电20%以上),c.,下送风的两种形式:(,1).,IDC,机架工艺(冷风架内循环),IDC,标准机架工艺,(2),IDC,机架工艺(冷风架外循环),冷风架外循环理想状态:,架外冷风循环不,理想状态:,两种气流组织方式比较,机架内 机架外,1.风阻 小 大,2.先冷却机架内 是 否,3.先冷却环境 否 是,4.影响机架上部冷却 否 是,机架实测:,某数据中心,单个机架发热量：2.8,kW,送风方式：下送风上走线,实际测试：,送风平均温度为18，机架出,风温度为30,d.,小结:,采用冷风架内循环(小于4,KW/,架)时:,*假地板高度0.5米,机架顶应加装强制风 冷电机.,假地板高度0.5米,功耗2,KW/,架左右可不,加装强制风冷电机.,*假地板高度大于1米时,机架可自然冷却.,在冷量足够时,要确保冷风路由不短路,不紊流,这才是空调节能的保证!,e、,小型机的送风方式：,小型机是,IDC,机房中集成度更高的一种网络运行设备，因其密度高，其发热量和耗电量都比传统的,U,位式叠装的服务器要大，采用下送风的方式，实际的冷却效果要优于其它方式，可以通过下图所示的气流走向分析：,三.气流组织要适应高功率密度机架,1、,约束气流和自由气流,气流的流动有,2,种基本形式，一种是约束流，即在有限空间内被强制按照人为规定的路径流动，例如风管内的气流,机架内的风道；另一种是自由气流，例如上送风系统中的射流。在计算中心机房中，约束流的计算方便，气流利用率高（不容易形成呆滞区），在冷却设备时应首先考虑此种方式。自由气流对环境冷却中可以应用，由于其有较好的弥漫性，对控制环境有很好的作用。,2、,气流短路和送风扩散,气流短路主要是存在短路路径，例如空调出风口和回风口太近且无物理阻隔，就会造成空调气流短路，又如在机架中，进风的前腔和排风的后腔的水平空间中没有隔板，也会造成冷气不经过服务器而直接短路到排风。气流短路还可能发生在前后没有良好隔绝的服务器进风和排风口。短路的气流是有害的，没有按照规定的路径带走热量，只是空循环。,在实践中，我们对送风扩散做过测试，选择前面板开孔的机架，测量进风速度、排风速度和机架内参考点温度，然后将面板封闭，在其他工况完全的情况下，数据有明显差异。,上表说明,在面板开孔情况下,由于送风无效扩散,风速大风量大能耗增大,而冷却效果下降,3.,机架现状,一个刀片是一个卡式服务器,上面装有处理,记忆单元,硬盘,整合的以太网,NICs,可选的光纤,HBAs,通道，硬件方案管理及其他,I/O,技术。,kW/m,2,kW/Rack,IBM,Each,BladeCenter,chassis occupies“7U”,每個刀片机箱占,“,7U,”,Max 6,BladeCenters,in standard“42U”rack,每個机架可裝,6,個机箱共,“,42U,”,Max heat output per,BladeCenter,:4kW,每個机箱最大發熱量,4KW,Max heat output per rack:24kW,每個机架最大發熱量,24KW,Nominal cooling airflow:6 x,850,=5100 m,3,/h,額定散熱風量,6 x 850=5100 m,3,/h,Dell,10,PowerEdge,1855 Blades occupy“7U”,10,個,PowerEdge,1855,刀片 占,“,7U”,Max 60,PowerEdge,1855 Blades in standard“42U”rack,每個机架可裝,60,個,PowerEdge,1855,刀片共,“,42U”,Max heat output per 10 Blades:4.17kW,10,個刀片最大發熱量,4.17KW,Max heat output per rack:25kW,每個机架最大發熱量,:25KW,Nominal cooling airflow:6 x,680,=4080 m3/h,額定散熱風量,：,6 x 680=4080,m3/h,刀片服务器是插入一个供应共用框架，如电源，制冷，服务器管理，,KVM,开关的机箱,每个机箱是7,U,每个机架是42,U,也就是每个机架可装6个机箱,目前刀片服务器在数据中心一般都分散装在几个机架上,重量也是问题-满载机架大约可达到,900,公斤,由于在同一个机架上的刀片服务器不可能同时满载，实际上的热负荷小于估计值,(,IBM,和,Siemens,只为他们的设备提供最大,15,KW,的制冷量,),4.,对策:,a.,低功率密度(小于4,KW/,架),下送风架内循环 效率高已采用,b.,中功率密度,下送风+活化地板 己有部分机房在试用,c.,高功率密度(大于12,KW/,架),下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管).修改目前规范,a.,低功率密度(小于4,KW/,架)下送风架内循环:效率高已采用,b.,中功率密度,下送风+活化地板:己有部分机房在试用,High Efficient fan(E.C.),高效率風機（,EC),Local Microprocessor with server,-,temperatures control(suction or discharge),微處理控制器對,服務器溫度（出風或回風處）的控制,Adjustable fins for air flow optimisation(2 sections),出風風量可調（,2,個區域）,Modular size(600 x600),模塊化,(600X600),Compatibility with an access raised floor,和高架地板兼容,Automatic Air flow modulation according the,real load,of the server.,-,根据服務器的實際熱負荷自動調節風量,可達,15,kW/,机架,活化地板的解決方案,1.Floor grille,地板格栅,2A.Adjustable vanes Zone A,可调叶片-,A,区,2BAdjustable vanes Zone B,可调叶片-,B,区,Fixing brackets,固定支架,EC,风机,2B,4,2A,5,6,1,3,7,8,9,Active floor,Suction air grille,吸入空气格栅,Electrical panel,电子,板,Microprocessor control,微机控制,Temperature sensor.Zone A,温度传感器-,A,区,Temperature sensor Zone B,温度传感器-,B,区,Blade Server,Zone A,Zone B,Horizontal flow,水平流动,Patent pending,刀片服务器,刀片服务器,CCAC,down flow,Blade Server,Rack,实例,活化地板系統:,EC,風機,由,独特的控制軟件控制,10kW/Rack,整合系統,EC,風機,由独特的,控制軟件,控制,Active Floor System,活化地板系統,Hot aisle,Hot aisle,Cold Air,Blade Server,Rack,Blade Server,Rack,A,B1,B2,A,A=B1+B2,c.,高功率密度(大于12,KW/,架)下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管).修改目前规范,Oracle Austin Data Center,130,000 sq ft building,Total data floor sq ft 82,000,约8000平方米,Redundant medium voltage(12.47 kV)utility feeds,UPS capacity 7.8 MW parallel redundant(15.6 MW total).,约800,KWUPS20,台,Generator capacity is 14 MW(N+1),约10,台1400,KW,油机,Electrical system is designed to have multiple diverse paths and,cross over paths from utility to,PDUs,and servers,Chiller capacity is 3600 tons(N+1),约3,0,台3万多大卡专用空调,22,500,operational servers,4.5,petabytes,(4,500 terabytes)of disk storage,355 servers on average installed each month,多种对策在一个机房的应用:,皿,四,.专用空调与普通空调对能耗的影响,计算中心机房显热量大:,专用空调显热比为0.95压缩机能效比3.3,普通空调显热比为0.65压缩机能效比2.9,以,CM20A,专用空调为例:总冷量19.1,KW,则显冷量18.2,KW;,普通空调要产生18.2,KW,的显冷量 则:18.2,KW/0.65=28KW,两种空调的年耗电计算:,专用空调,(19.1/3.3)*24*365=50702,KWH,普通空调:,(28/2.9)*24*365=84579,KWH,普通空调比专用空调年耗电量大:,84579/50702=1.67倍.,五.,计算中心机房,的节能管理,(1)节能减排工作的理念,:,a,.,计算中心是耗电大户,一定要有节能意识,。,b.,一切服从于安全供电，不断提高供电系统的可用性永远是第一位的，安全供电是最大的节能,不能牺牲设备的使用寿命。,c.,节能数量不能是无限的，大多数节能是节约原来多消耗的那一部分。,d,节能在短期内还需要一定的投入。,e,节能不能增加维护工作量。,(2),节能管理的三种模式,A.,减少能耗（节约）型节能；,限制用能：,“人走灯灭”,非高峰时段停开部分电梯；,(不影响使用),B.,设备改善（更新）型节能；,用新的高能效的设备(如:改造相控),C.,运行改善（优化管理）型节能。,负荷追踪的动态管理：装置,与供电局同步的智能电表(统计用),成本追踪的动态管理：跟踪电费单,(3,),能源管理系统,a.,能耗计量;,b.,能耗分析;,能耗预测和预算;能源利用优化;,c.,目标:,落实责任 建立制度,完善台帐 合理预算,有效管控 加强考核,(4)管理系统组成,管理层：预测分析 成本分析 优化调度 设备仿真 控制层：需量控制 实时监控 数据层：历史数据服务 实时数据服务 设备层：现场通信单元 现场控制单元 数据采集单元,6成本单耗分析 成本分摊 单耗分析 7其他能源管理 8能耗审计（选项）帐单校核 生成审计报表 9决策支持（选项）预测分析 项目改造效果预测 数据综合分析 10系统维护管理,(5)系统功能:(供参考),1实时监控,实时能耗监测,能源质量监测,主要设备运行监控,实时能量平衡,2设备优化,能耗最优的控制模型,优化控制,3需量管理,设备分组管理,控制优先级,提前调节预警,线路运行方式自动识别,4无功管理,5仿真优化,自动负荷仿真建模,仿真运行,仿真调度,谢谢！,