合同能源管理热管节能改造研究

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摘要：随着信息网络的普及，信息机房内有局域网核心交换机、应用服务器、通信传输网等设备，服务器工作过程中发热量较大，为保障机房内的设备稳定可靠运行，须采用外部系统进行降温以保证其正常运行。如采用传统精密空调，存在机房内机柜冷热不均、装机率受限等问题。针对机房内机柜冷热不均、装机率受限等问题，介绍了分布式热管技术，提出采用合同能源管理的模式，对某地机房进行节能改造的方案。通过数据证明方案可行，投资风险小，节能效果及收益可观。

关键词：合同能源管理；分布式热管；节能

1合同能源管理概述

合同能源管理是以节能项目减少能源费用支付项目成本的一种市场化运作节能机制和商业运作模式。主要包括节能效益分享型合同能源管理、节能量保证型合同能源管理、能源费用托管型合同能源管理、融资租赁型合同能源管理等类型[1]。合同能源管理实施流程主要包含项目节能诊断、节能改造方案设计、合同谈判与签署、项目投资、节能项目建设（包含设备采购、施工、安装、调试）、项目验收、节能效益产生及监测、节能效益分享等8个环节。实施流程如图1所示。

2分布式热管背板冷却系统原理

热管背板冷却系统分为三个部分：一是室内热管排热机柜，热管内部制冷剂由液态吸收服务器的热量后蒸发变为气态，从热管背板顶部流出通过冷媒管道进入冷媒中间换热单元；二是冷媒中间换热单元，由制冷剂与冷却水完成换热，从热管背板流入的气态制冷剂在冷媒分配单元中被冷却水冷却成液态制冷剂，液态制冷剂流入热管背板中，完成制冷剂的循环；三是室外冷源部分，为冷媒中间换热单元提供稳定的冷却水，冷却水由高温冷水机组和自然冷源模块部分提供。分布式热管排热机柜运行流程如下：（1）机柜内IT设备风机和热管背板末端风机产生吸引力，机房内循环空气（冷空气）通过机柜开孔前门进入机柜。（2）循环空气（冷空气）被运行IT设备加热后温度升高成为热空气后，排出IT设备。（3）热空气排出后，被吸入热管背板末端，热量被热管背板末端中的液态制冷剂吸收，成为冷空气后，被排出分布式热管排热机柜，进入机房环境中。（4）热管背板末端中液态制冷剂吸收热空气热量后气化，在自身压差作用下，被输送至热管冷凝器中间换热单元，重新被冷却成液态制冷剂，回流至热管背板末端中。（5）排出分布式热管排热机柜冷空气，在IT负载风机及背板风机的作用下，从前门机柜被吸入IT设备，完成空气循环。

3分布式热管背板冷却系统节能改造应用实例

3.1实例现状及设计方案。该机房位于兰州市某办公楼8层，机房长约24.6m、宽5.6m，面积约为140m2，层高3.9m，计划安装机柜30架。主要参数为单个背板功率0.059kW，冷冻水循环泵功率3kW，风冷冷水机组功率19.8kW，机房末端采用新型热管排热背板技术，安装于每个机柜后门，与通信机柜紧密结合，冷却机柜排风。3.2能耗对比。分布式热管背板冷却系统耗电主要包含室内末端热管背板耗电、室外机风冷冷水机组耗电、冷冻水循环水泵耗电、风冷自然冷源模块耗电。结合兰州气候条件，在室外温度低于5℃时可充分利用室外的自然冷源条件为系统提供冷冻水。兰州典型气象参数如表1所示，运行模式如表2所示。室外干球温度≤5℃时，自然冷源模块单独供冷：耗电量=（0.059kW×30+3kW+1.14kW×2×0.7）×3090h=1.97万kWh；5℃＜室外干球温度≤10℃时，自然冷却模块与风冷冷水机组联合运行时：耗电量=（0.059kW×30+1.5×2kW+3kW）×1048h+19.8kW×1048h×0.2=1.15万kWh；室外干球温度＞10℃时，由风冷冷水机组提供冷量，风冷冷水机组提供100%冷量：耗电量=（0.059kW×30+19.8kW×2×0.75×1.1×0.75+3kW）×4622h=13.68万kWh。经计算，分布式热管冷却系统全年耗电量为1.97+1.15+13.68=16.8万kWh。3.3能耗分析。根据本机房负载及布局，若安装空调系统需配置3台（2用1备）60kW上出风型精密空调，耗电量包括室内送风风机全年运行，制冷压缩机、室外风机根据负荷调节运行以及湿度调节消耗的电量。主要性能参数为总冷量63.5kW、显冷量59.4kW、风量15480m³/h，室内风机功率5.25kW，压缩机总功率19kW，室外风机功率1.7kW。根据前述服务器机房IT负载和精密空调相关参数，由下公式可计算得首层数据机房空调年耗电量：(+)()acfancmpfanEEEPPρβγT=+=+××××（1）式中：acE—精密空调总能耗（kW）；fanE—精密空调内风机能耗（kW）；cmpE—精密空调压缩机与外风机能耗的和（kW）。计算公式：(+)cmpE=P×ρ×β×γ×8760（2）空调启停系数一般取1.1~1.5，此处取1.3；空调全年调节系数取值0.8，运行率取值：0.722。根据机房空调运行情况及计算公式，计算内风机能耗9.198万kWh，压缩机+外风机能耗27.232万kWh，空调总能耗36.43万kWh。经对比，在利用分布式热管冷却系统为机房制冷年耗电量相比普通风冷型精密空调年耗电可节省19.63万kWh，年节能率可达55.20%。

4合同能源管理模式应用分析

（1）建设投资。建设投资主要包括风冷冷水机组、自然冷源模块、冷冻水循环水泵、恒湿机、分布式热管排热机柜、中间换热单元（DCU）、配电柜、监控系统，总投资120.16万元。（2）商业模式。采用合同能源管理节能效益分享，投资内容包括设备、安装、运维等费用。合同期内，设备所有权归投资方所有。合同期满后，将设备资产无偿移交给机房。（3）经济效益分析。分布式热管背板冷却系统总投资120.16万元，合同期限为15年，年节约电量预计为19.63万kWh，15年共计节约电量294.45万kWh，电费按一般工商业均价0.765元/kWh计算，预计的年节能效益为15.02万元，投资回收期8年，15年预计年节能效益为225.28万元。

5结语

目前，中国移动、电信、联通已将分布式热管背板冷却系统作为新建数据中心的标准配置，如中国移动兰州新区数据中心等均已采用。基于合同能源管理模式，可拓展融资渠道，降低投资风险，具有良好的示范性，节能率高，可稳定实现机房降温，市场前景广阔。

参考文献

[1]DL/T1644—2016，电力企业合同能源管理技术导则[S].

[2]余跃.分布式热管背板空调在通信机房中的应用研究[C]//中国移动通信集团设计院新技术论坛，2014.

[3]刘清，周健健，冯剑超.数据机房分布式热管冷却系统及其应用研究[J].智能建筑，2013（10）：44-46.

作者:彭晶1 韩为宏 韩永军 王伟 单位:1.国网甘肃综合能源服务有限公司 2.国网武威供电公司