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随着经济的快速发展,我国即将步入大数据、云计算时代,使得数据中心需求量不断增加。有资料显示,于2016年,中国数据中心市场总规模已达714.5亿元。数据中心里面布置了大量服务器等IT设备,高发热量元件是核心部件半导体,为了维持机房热环境,从而需要巨大的冷量,导致冷却系统能耗是一般公共建筑25倍-30倍。因此,当务之急是降低制冷能耗,使数据中心更加节能。冷却塔自然供冷技术,是在室外湿球温度或干球温度较低时,利用室外冷源(空气、自来水、地下水、河水、江水、湖水)承担系统部分或全部的负荷,可以减少冷水机组的运行时间,提高数据中心的能源利用效率,是比较高效的供冷方案,而且关注广泛。本文所针对的对象是超运算中心,其特点为需要全年供冷且系统负荷具全年稳定、波动较小。在此背景下,本文以国家超算中心济南中心为研究对象,对比研究了冷却塔闭式直接免费供冷、冷却塔开式间接免费供冷、机械供冷三种方案的节能效果,并且对系统设计参数进行优化,分析超算中心冷却塔间接供冷系统的节能效果。首先,通过研究冷冻水供冷温度、冷却塔供冷的切换温度、理论供冷时数等,分析了影响冷却塔供冷系统运行能耗的主要影响因素,得出冷却塔供冷系统运行能耗受到这些影响因素的变化情况。其次,根据济南的室外湿球温度状况,分别计算闭式冷却塔直接供冷、开式冷却塔加板换间接供冷、常规机械供冷系统三种方案下的系统能耗,对能耗大小进行比较,对系统进行节能及经济性分析,选出最佳运行方案。从而对最佳运行方案进行环境效益分析,系统节省的耗电量减少了化石燃料的消耗,从而使温室气体、烟尘、煤渣等的排放量减少,减少对环境的污染,减轻雾霾的产生,提高空气质量,此系统符合我国的节能减排政策。最后,对系统设计参数进行优化,提出了提高冷冻水供冷温度的优化方案,冷冻水供冷温度从9℃提升到12℃,通过对能耗及自然供冷节能率的计算,分析在不同冷冻水供冷温度下,开式冷却塔加板换间接供冷系统节约的能耗及对自然供冷系统节能潜力的影响。

关键词：冷却塔供冷切换温度理论供冷时数节能

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基于Trnsys的数据中心湖水源自然冷却系统的模拟研究

基于Trnsys的数据中心湖水源自然冷却系统的模拟研究

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作者：雷奥君湖南大学

学位级别：硕士

目前,我国即将步入大数据、云计算时代,移动互联网、物联网、云计算等业务量持续增长,使得数据中心需求量不断增加。2016年,中国数据中心市场总规模已达714.5亿元。数据中心内布置了大量服务器等IT设备,核心部件半导体是高发热量元件,... 详细信息

目前,我国即将步入大数据、云计算时代,移动互联网、物联网、云计算等业务量持续增长,使得数据中心需求量不断增加。2016年,中国数据中心市场总规模已达714.5亿元。数据中心内布置了大量服务器等IT设备,核心部件半导体是高发热量元件,需要巨大冷量来维持机房热环境,致使冷却系统能耗是普通公共建筑25倍到30倍。同时,随着IT技术的迅速发展,CPU功率密度也在不断增长,数据中心高热密度程度不断上升。因此,数据中心的节能减排势在必行,自然冷却技术通过对于自然冷源的利用,极大地减少了冷水机组的运行时间,提高了数据中心能源利用效率,是较为高效的解决方案,目前得到了广泛关注。本文研究对象是数据中心湖水源自然冷却系统,对比研究了相对于传统机械制冷系统及冷却塔供冷系统的节能效果,并进一步以能耗最低为目标,分析优化了湖水源自然冷却系统的运行状态。首先,利用Trnsys软件建立冷却系统中冷水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵、湖水泵、板式换热器等模块,同时加入必要的控制模块及其他辅助模块,搭建了三种不同冷源系统的仿真平台。其次,利用Trnsys仿真平台进行了模拟,分析湖水源自然冷却系统的节能率。模拟结果表明:湖水源自然冷却系统相对于传统机械制冷系统、冷却塔供冷系统的节能率分别为38.6%和34.7%。利用湖水进行自然冷却的数据中心能源利用效率PUE为1.23,与传统机械制冷系统(PUE为1.34)相比,是一个很大的进步。最后,利用湖水源自然冷源系统的Trnsys仿真平台,分析了该冷却系统的运行参数对冷却系统能耗分布的影响;以能耗函数为目标函数,通过模拟仿真确定系统的最佳送风温度和冷冻水供水温度。模拟结果表明:该系统全年能耗随机房送风温度与冷冻水温度温差设定值的增大先减小后增大,能耗均在温差为7℃时达到最小。给定设定温差为7℃,优化送风温度设定值,从而确定系统的最佳运行状态点,即为送风温度设定值T=21℃,冷冻水供水温度设定值T=14℃。当湖水源自然冷却系统处于最佳运行状态点时,其运行能耗相比优化前(T=12℃、T=18℃)节能34.3%,相比于传统制冷系统节能59.7%。

关键词：自然冷却技术湖水源冷却塔供冷节能率参数优化

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数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析

数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析

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作者：唐辉湖南大学

学位级别：硕士

当前,随着全球信息技术的高速发展,数据中心的数量呈现急速增长的趋势,能耗已经占到了全球的1.12.5%。同时,制造技术也在不断进步,摩尔定律表明电元件集成数目每18个月翻一番。尽管摩尔博士所指对象并不是直接针对服务器,但服务器与相... 详细信息

当前,随着全球信息技术的高速发展,数据中心的数量呈现急速增长的趋势,能耗已经占到了全球的1.12.5%。同时,制造技术也在不断进步,摩尔定律表明电元件集成数目每18个月翻一番。尽管摩尔博士所指对象并不是直接针对服务器,但服务器与相关设备性能提升在过去的几十年大多遵循此规律。随之而来的便是发热密度的不断增长,有资料显示,通讯设备发热密度在2014年已经超过120kW/m。面对数据中心如此的高能耗与高热密度特征,自然冷却技术可以利用室外的自然冷源,减少冷水机组的运行时间,降低数据中心冷却系统的能耗,得到了数据中心领域专家的广泛关注与研究。本文研究的对象是以冷却塔为核心经济器的自然水冷数据中心,结合新型空调末端微通道热管背板空调,研究其在全国五个典型气候区域的全年运行变化规律。此外,对冷却系统的关键运行参数进行了敏感性研究并提出高效设计方法。首先,利用TRNSYS建模平台对水冷自然冷却数据中心从服务器到冷却系统进行全方位的建模,并且利用制造商数据对其核心部件—冷水主机、冷却塔、精密空调进行了验证,相对误差平均值分别为4%,4.2%及2.7%,满足模拟计算的需要。其次,基于搭建的模拟平台,分别对使用精密空调与微通道热管背板空调末端的典型数据中心进行了全年模拟研究,结果表明:微通道背板空调末端相对精密空调,总能耗下降约3.0%.8%,PUE下降约0.04,节省电量值绝对量达1230000470000 kW?h/年;同时数据机房的温度波动较小,温度更为均匀,更适用于数据中心。机架最大负荷变化的研究发现:微通道背板换热性能相对精密空调有更强的自我调整能力,最大负荷水平由10kW至7kW/Rack、7kW至4kW/Rack,末端空调能耗相对减少率分别是30.0%、42.9%。最后,对自然水冷数据中心的关键参数进行了研究:模式切换温度的敏感性研究发现,T、T会对冷却塔使用室外自然冷源的时间起决定性作用,然后基于冷却塔的性能拟合式,提出了一种通用性的设计计算方法,并进行了案例模拟研究,结果证明所提设计方法更为节能与合理;同时,对冷却塔的冷却单元数变化研究发现,提高冷却单元数有利于减少逼近度、增强冷却塔换热性能,从而延长自然冷源的利用时间,但过小的逼近度可能会导致在北方冬季运行时服务器送风温度过低,甚至出现结露现象,在工程设计实践中需要谨慎考虑。

关键词：自然冷却技术数据中心冷却塔供冷微通道热管背板参数分析

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成渝地区商业综合体供冷系统用能分析与优化

成渝地区商业综合体供冷系统用能分析与优化

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作者：衷逸群重庆大学

学位级别：硕士

随着我国城镇化速度不断加快,城市内部不断涌现为提高城市土地的利用效率而应运而生的商业综合体。其中,商业综合体由于在内部空间结构、功能的复杂性、人员行为及数量变化等方面与传统商业建筑有很大的差异,其负荷特征、空调运行及室... 详细信息

随着我国城镇化速度不断加快,城市内部不断涌现为提高城市土地的利用效率而应运而生的商业综合体。其中,商业综合体由于在内部空间结构、功能的复杂性、人员行为及数量变化等方面与传统商业建筑有很大的差异,其负荷特征、空调运行及室内环境等状况复杂多变,因此商业综合体在进行相关冷源设计以及节能措施应用等方面需要结合自身特点,而不应该直接按照传统商业建筑进行设计。本文对商业综合体进行调研,分析空调使用需求特征。通过室内热湿环境实测和冷站全年运行记录,分析不同业态、不同区域室内环境特点及冷站运行特点。再利用DeST软件对不同空间类型的商业综合体建立模型,分析负荷特征,从而根据业态负荷特征和季节负荷特征进行冷源设计的对比分析及优化工作,并计算商业综合体利用冷却塔供冷的节能潜力。首先,根据负荷构成,从建筑空间分布、业态空间分布、人员分布及时间分布这四个方面分析了空调使用需求特征,尤其是与传统商业建筑的区别。并对成渝地区商业综合体供冷季室内环境进行实测,通过分析不同区域室内环境状况,了解各区域冷量及新风分布是否足量,为进一步分析冷站运行做基础。其次,通过文献及实地调研统计商业综合体的常见供冷系统方案,并通过获取成渝地区商业综合体实际能耗及冷站设备运行数据,从能耗、运行模式、效率、水系统等方面分析商业综合体冷站运行特点和问题。最后,利用DeST软件对两类典型空间类型(环绕型/中庭型)的商业综合体建模,对其负荷的时间和空间特征进行详细分析,并根据业态负荷特征和季节负荷特征进行冷源设计的对比优化。其结果发现,按照业态负荷进行冷源设计对冷站节能是有利的,尤其是体量大,业态布局分散且各业态负荷差异大的中庭型商业综合体。通过理论计算分析得到成都地区商业综合体能够应用冷却塔供冷共1632h,冷却塔供冷累计冷负荷占全年累计冷负荷的17%。

关键词：商业综合体空调需求冷站运行冷源方案冷却塔供冷

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