东北石油大学Tianjin University of Technology and Education毕业设计专业********班级学号: #####学生姓名：########指导老师：#########二○一四年六月东北石油大学本科生毕业设计数据中心机房空调节能方法研究Research on energy saving of air conditioning baseddata center专业班级：#####学生姓名：###指导老师：#######教授学院：2014 年6月摘要针对数据中心空调系统能耗比例过高问题开展了一系列调研,指出了目前国内数据中心空调系统使用中存在的问题,针对这些问题从空调设备节能、气流组织优化和自然冷源合理利用三方面分析了相关的节能方法与手段,为数据中心空调系统的节能设计与改造提供参考和依据。
本课题是利用其Fluent软件对数据中心空调系统的节能优化操作，该操作主要是对空调进行温度、湿度的参数调节，实现其数据中心机房的主控对空调的节能的具体的参数调节。
关键词：数据中心；空调系统；节能；Fluent软件；ABSTRACTFor data center air-conditioning system energy consumption high proportion problem has carried out a series of research, points out the problems existing in the use of domestic data center air conditioning system, to solve these problems from the air conditioning energy conservation, air distribution optimization and rational utilization of natural cold source three aspects analyzes the related energy saving methods and means, for the data center of energy-saving design and renovation of air conditioning system to provide the reference and basis.This topic is using the Fluent software for data center air conditioning system energy saving optimization operation, the operation is mainly to adjust the parameters of the temperature, humidity and air conditioning implement its master data center room of air conditioning energy saving the specific parameter adjustment.Key Words:The data center;Air conditioning system;Energy saving;Fluent software;目录1 引言 (3)1.1课题研究的背景 (3)1.2数据中心机房空调节能的现状与发展趋势 (3)1.3 课题的主要研究内容 (4)2 系统总体设计与实现 (5)2.1 机房空调系统解决方案 (5)2.2机房空调系统分析比较 (6)3 数据中心机房空调节能研究 (8)3.1数据中心概况 (8)3.2空调系统设计 (8)3.2.1数据中心房间设计温湿度 (8)3.2.2冷负荷和风量的计算 (8)3.2.3系统方案的确定 (8)3.3 设备选型 (11)3.4数据中心的能耗分析 (11)3.5节能系统运行费用和投资回收期 (11)3.5.1采用冰蓄冷系统的节能分析 (11)3.5.2采用过渡季节新风供冷系统的节能分析 (12)3.6 系统的安全可靠性和多样化 (12)3.6.1设备的备用和多样化 (12)3.6.2系统的备用和多样化 (13)3.6.3系统的应急性统 (13)3.7数据中心机房空调节能方法研究总结 (13)4 软件部分的设计 (14)4.1 系统总体设计目的与思想 (14)4.2 系统总体的设计思路 (14)4.3软件的使用与介绍 (14)4.3.1 fluent软件的组成 (15)4.3.2专用的CFD前置处理器——Gambit (16)4.3.3 Fluent使用实例 (17)结论 (20)参考文献 (22)致谢 (24)1 引言1.1课题研究的背景我随着经济的发展，大量的企业飞速发展，对于数据处理业务的需求也快速提升，相继建设了很多的数据中心。
数据中心从10多年前100-200w⋅m-2到如今发展到1000w⋅m-2甚至更高，机房密度的提高使得数据中心的耗能成为一个越来越重要的课题，自从GREENGRID组织提出用PUE来衡量数据中心节能要求，越来越多的国内建设方在设计数据中心时对于PUE值有了要求,PUE是PowerUsageEffectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比，PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗，PUE是一个比率，越接近1表明能效水平越好,本文将从几个方面介绍提高空调能效，降低数据中心空调耗能的方法用以获得较低PUE值可以采取的一些措施.1.2数据中心机房空调节能的现状与发展趋势近年来，通过对数据中心机房的运营状况及发展趋势的调研和分析显示：从2006年到2010年全球数字信息的处理量可能会增长6倍左右。
面对数据中心如此快速增长的业务需求量和广大用户对数据处理量和信息交换量的巨大期望值，电信、金融、政府、石化、电力能源、教育等各行各业的企业主管或CIO只能通过不断地增加其数据中心机房中的TT设备(服务器、存储器和网络设备等)的数量和提高其性能，来满足用户对其信息网络系统在技术性能、数据处理能力、存储容量以及其"可利用率"等诸多方面提出的日益严格的要求。
而他们将会面临诸如数据中心的机房面积不够、供电能力不足、企业的能源成本日益增高及电费开支偏大等挑战。
当今，日益增大的电费开支已成为数据中心管理者心目中挥之不去的阴影之一。
例如一个投资仅几百万元的IDC机房，每年的电费开支有可能高达几十万元。
据Gantener的预测，到2008年底，全球将会有近一半的数据中心有可能会面临供电系统供电不足和机房空调系统制冷不足、服务器功率密度和功耗需求量越来越高的问题。
据相关部门的统计，2006年国内服务器的保有量已达182万台左右。
如果以每台服务器的平均功耗为400W来计算，每年由这些服务器所消耗的电量约为63.77亿度。
对于当今的IDC机房而言，为了支持这些服务器的正常运行，需要在数据中心机房中为其所配套的UPS供电系统、空调系统和照明系统等动力及运行环境保障系统所需的功耗约为TT设备功耗的1.8倍左右。
即使按一倍TT设备的功耗来计算，由UPS供电系统、空调系统、变压器、供配电柜和照明等系统所产生的总功耗也应该在63.77亿度左右。
这样一来，为了维持数据中心机房的IT设备及其动力和环境保障系统的正常运行，其所需的总耗电量将高达127.54亿度左右。
为此，用户每年所需支付的电费将可能高达103.3亿元(以每度0.81元的平均电价作为计算基础)。
在此背景下，即使是对于一个仅拥有400台服务器的中型数据中心机房来说，为了维持其正常运行，每年的耗电量和需要支付的电费开支将分别为280万度和226.8万元。
在此条件下，如果能将这个数据中心机房的总能耗降低30%的话，每年就可为该企业节约68万元左右的电费开支。
此外，根据某省电信运营商的统计，其通信基站的耗电量约占其整个运营系统耗电量的89%左右，也就是说，对于电信运营商来说，它对基站通信系统所可能采取的任何一项有效的节能措施，都能对其整个运营费用的降低带来可观的经济收益。
由此可见，抓好节能降耗工作对企业所可能带来的经济利益和社会效益是相当可观的。
1.3 课题的主要研究内容如何以最节能的方式保证系统的稳定运行成为了空调设计师的首要任务。
本文针对南京某公司研发大楼的数据中心进行分析。
我们会从数据中心概况、空调系统设计、设备选型、数据中心的能耗分析、节能系统运行费用和投资回收期、设备的备用和多样化、系统的应急性统。
对数据中心机房里面的空调的温度、湿度的恒定调节，最终实现其电能的损耗低，实现其节能优化的好处。
2 系统总体设计与实现2.1 机房空调系统解决方案在数据中心空调系统中主要分为风冷直接蒸发式空调系统、水冷直接蒸发式空调系统、冷冻水空调系统、双冷源空调系统等空调系统。
以数据中心空调系统作为集中冷源的冷冻水系统，该系统与各自独立的直接蒸发式空调系统相比，制冷效率更高，设备更集中更少，运行更稳定，故障率和维护成本更低，国外众多大型数据中心普遍使用冷冻水空调系统。
阿尔西提出的数据中心自然冷却冷冻水系统，已通过国家专利审批。
它通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与机房内部空调气流组织的完美匹配，并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化，对冷冻水流量进行灵活的调节，将自然冷却的效益发挥到最大，始终使机组保持高效运行。
此套数据中心空调解决方案根据安装地区气候条件的不同，可以实现20%～50%的节能，使得运行费用大幅缩减，而为此增加的空调设备初投资，最多两年的时间就可以收回，而整个机组的使用寿命至少有10年。
冷冻水空调系统包括不含冷源的冷冻水型机组加冷水主机。
冷水主机分为普通冷水主机和自然冷却冷水主机。
普通冷水主机一般安装在建筑物的屋顶外部，它们专为室外安装设计，不需要增加任何针对恶劣天气的保护措施。
冷水机组按照不同冷凝方式可分为风冷和水冷两种，以风冷冷水主机为例，其工作原理是：携带室内热量的高温回水流入机组，进入壳管式蒸发器，被制冷剂盘管冷却，热量传递给制冷剂，由后者带到风冷冷凝器中，由风机驱动环境空气对其进行强制散热。
按经验来说，一套空调设备的平均制冷量为设计值的85%，剩下部分作为冷量备份。
自然冷却冷水主机的工作原理：当室外温度较低时，就可以利用冷空气冷却高温回水，不需要开启压缩机即可为空调室内机提供冷量，这种方法即为自然冷却方法。
利用自然冷却效应开发的冷水主机即为自然冷却冷水主机，它与普通冷水主机最大的区别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管，旨在最先利用环境冷空气冷却盘管内的回水;另一个区别在于内部水循环系统的设计上，自然冷却循环利用三通调节阀将循环水路与自然冷却热交换盘管连接起来(如下图所示)。