一、技術(shù)名稱:機(jī)房空調(diào)智能直冷優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)

二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍:通信行業(yè) 數(shù)據(jù)中心環(huán)境維持系統(tǒng)

三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀

據(jù)工信部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年我國數(shù)據(jù)中心用電量約占全社會(huì)用電量的5%，即2600億kWh，其中約40%被機(jī)房制冷系統(tǒng)消耗，年消耗的電量約為1060億kWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約3400萬t。目前，我國的數(shù)據(jù)中心機(jī)房制冷主要依靠傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)，不但耗電量巨大，而且電能使用效率(PUE)較高，因此具有較大的節(jié)能空間。機(jī)房智能直冷優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)可替代現(xiàn)有機(jī)房傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)，有效降低空調(diào)運(yùn)行耗電量，節(jié)能效果良好。目前應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量15萬tce/a，CO2減排約40萬t/a。

四、技術(shù)內(nèi)容

1.技術(shù)原理

機(jī)房智能直冷優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)利用制冷劑自然相變循環(huán)原理，以溫差的形式產(chǎn)生壓差，驅(qū)動(dòng)制冷劑工質(zhì)的自然相變循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無動(dòng)力熱量交換。同時(shí)，采用機(jī)房能效管理軟件及環(huán)境維持系統(tǒng)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)按需供冷的自適應(yīng)冷量調(diào)節(jié)及機(jī)柜級溫度場控制。采用該技術(shù)的智能冷卻終端，可顯著降低機(jī)房原有空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的耗電量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.關(guān)鍵技術(shù)

(1)機(jī)房內(nèi)外無動(dòng)力熱量交換技術(shù)

安裝在機(jī)柜背部制冷終端內(nèi)的液態(tài)制冷劑吸熱后蒸發(fā)為氣態(tài)，依靠重力作用，沿制冷劑導(dǎo)管自然流動(dòng)至室外冷量分配單元，冷凝后變?yōu)橐簯B(tài)，又自然回流至智冷終端內(nèi)，依此循環(huán)，源源不斷地將室內(nèi)機(jī)柜產(chǎn)出的熱量排放至室外，實(shí)現(xiàn)機(jī)房室內(nèi)外的無動(dòng)力熱量交換。

(2)按需供冷的自適應(yīng)冷量調(diào)節(jié)技術(shù)

每臺(tái)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的發(fā)熱量不同，制冷終端內(nèi)制冷劑蒸發(fā)量不同，從而使冷卻回流液帶回的制冷量不同，通過機(jī)房能效管理軟件，可自動(dòng)調(diào)節(jié)智冷終端及室外冷源的制冷量，實(shí)現(xiàn)按需供冷。

(3)機(jī)柜級溫度場控制技術(shù)

傳統(tǒng)機(jī)房制冷是利用高密空調(diào)同時(shí)面向多個(gè)機(jī)柜組制冷，從而導(dǎo)致離空調(diào)通風(fēng)口距離不同，制冷效果不同。本技術(shù)直接在每個(gè)機(jī)柜背部安裝智冷終端，獨(dú)立面向機(jī)柜熱源均勻制冷，解決機(jī)房溫度環(huán)境局部過熱的問題。

3.工藝流程

機(jī)房智能直冷優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)運(yùn)行流程如圖1所示。機(jī)房內(nèi)(圖右側(cè))每個(gè)機(jī) 柜排出的熱風(fēng)，使安裝在其背部的智能冷卻終端內(nèi)的制冷劑工質(zhì)受熱后發(fā)生相 變，由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，依靠壓差沿制冷劑氣體管路將熱量帶到室外系統(tǒng)(圖左 側(cè))的冷量分配單元，在冷量分配單元內(nèi)與室外冷源進(jìn)行熱交換;制冷劑工質(zhì)受 冷后由氣態(tài)冷凝為液態(tài)，依靠自身重力沿制冷劑液體管路回流到智能冷卻終端 內(nèi)，從而完成一個(gè)完整的熱力循環(huán)，機(jī)房內(nèi)產(chǎn)生的熱量依此源源不斷傳遞到室外。 當(dāng)室外濕球溫度低于14℃時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟用冷卻塔，不啟用冷水機(jī)組壓縮機(jī)，充分利用自然冷源，達(dá)到節(jié)能的目的。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行流程示意圖

五、主要技術(shù)指標(biāo)

1.節(jié)能率≥30%;

2. PUE指數(shù)≤1.3。

六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀

該技術(shù)于2013年通過中國電子學(xué)會(huì)組織的技術(shù)成果鑒定。目前，已規(guī)模應(yīng)用于電信運(yùn)營商、政府、軍隊(duì)、高校、企事業(yè)單位等800多個(gè)數(shù)據(jù)中心，運(yùn)行狀態(tài)良好，節(jié)能效果明顯。

七、典型應(yīng)用案例

典型用戶：中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信、中石油、國家電網(wǎng)等。

典型案例1

案例名稱：中國電信股份有限公司南通分公司機(jī)房制冷改造項(xiàng)目

技術(shù)提供單位：中能深思(北京)節(jié)能技術(shù)有限公司

建設(shè)規(guī)模：安裝13臺(tái)智能冷卻終端，單機(jī)柜制冷能力為6kW/rack。主要技改內(nèi)容：機(jī)房共布置134臺(tái)機(jī)柜，其中13臺(tái)安裝智能冷卻終端，獨(dú)立為服務(wù)器提供制冷服務(wù)。主要設(shè)備：13臺(tái)智能冷卻終端，1臺(tái)冷量分配單元，1套智能控制系統(tǒng)，1臺(tái)冷卻塔，1臺(tái)水冷冷水機(jī)組。技改投資額44萬元，建設(shè)期為1個(gè)月。年節(jié)能量為105 tce，碳減排量為227 tCO2，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益32萬元，投資回收期約為1.4年。

典型案例2

案例名稱：大慶石油管理局機(jī)房制冷改造項(xiàng)目

技術(shù)提供單位：中能深思(北京)節(jié)能技術(shù)有限公司

建設(shè)規(guī)模：安裝8臺(tái)智能冷卻空調(diào)，單機(jī)柜制冷能力為6kW/rack。主要技 改內(nèi)容：機(jī)房布置有8架機(jī)柜，全部進(jìn)行智能冷卻終端系統(tǒng)改造。主要設(shè)備：8臺(tái)智能冷卻終端，2臺(tái)冷量分配單元，1套智能控制系統(tǒng)，1臺(tái)風(fēng)冷冷水機(jī)組。節(jié)能技改投資額31萬元，建設(shè)期為1個(gè)月。年節(jié)能量為36 tce，碳減排量為78tCO2，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益11萬元，投資回收期約2.8年。

八、推廣前景及節(jié)能減排潛力

目前，我國數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要依靠傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)制冷，耗電量巨大，PUE指數(shù)較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，未來5年我國數(shù)據(jù)中心年用電量可達(dá)4000億kWh，其中約40%被機(jī)房制冷系統(tǒng)消耗。預(yù)計(jì)未來5年，該技術(shù)的推廣比例可達(dá)10%，總投資約為16.4億元，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)能能力為154萬tce，年碳減排能力為334萬tCO2。