《国家通信业节能技术产品应用指南与案例(2021)》之一:绿色数据中心高效冷源技术产品——中国通信工业协会
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《国家通信业节能技术产品应用指南与案例(2021)》之一:绿色数据中心高效冷源技术产品
日期:2021-12-20     作者:工信部节能与综合利用司

编者按:

为加快推广先进适用节能技术装备产品,推动工业和信息化领域节能和能效提升,助力碳达峰、碳中和目标实现,近日,工业和信息化部发布《国家工业节能技术推荐目录(2021)》和《国家通信业节能技术产品推荐目录(2021)》,其中包括流程工业节能提效技术、重点用能设备系统节能提效技术、储能及可再生能源利用技术、智慧能源管控系统技术、余热余压利用技术等5大类69项工业节能提效技术,以及绿色数据中心、5G网络和其他通信业领域等3大类74项技术产品。为加快相关技术推广应用,现将《国家工业节能技术应用指南与案例(2021)》和《国家通信业节能技术产品应用指南与案例(2021)》予以发布,供参考借鉴。 

《国家通信业节能技术产品应用指南与案例(2021)》之一:绿色数据中心高效冷源技术产品

蒸发冷却新风系统主要依托蒸发冷却技术,利用水蒸发吸热的效应来冷却空气,通过水与空气间的热湿交换,空气的显热转变为水的潜热,从而实现对空气的冷却降温。适用于新建和改造的数据中心。耗电比低于0.17瓦/(立方米/小时)。内蒙古某数据中心使用澳蓝(福建)实业有限公司的技术产品,送风量为120000立方米/小时,排风量为100000立方米/小时,额定功率20.3千瓦,年节电37.8万千瓦时,节能率在80%左右。预计未来5年市场占有率可达20%。

间接蒸发冷却空调机组主要依托蒸发冷却技术,利用水蒸发吸热的效应来冷却空气,通过水与空气间的热湿交换,实现对空气的冷却降温,利用被降温的湿空气(二次空气)通过高分子露点间接蒸发冷却芯体将冷量传递给待处理的空气(一次空气)。适用于新建和改造的数据中心。耗电比低于0.85瓦/(立方米/小时)。内蒙古某数据中心使用澳蓝(福建)实业有限公司产品,送风量为50000立方米/小时,额定功率42.5千瓦。年节电23.4万千瓦时,节能率可以达到50%左右。预计未来5年市场占有率可达到20%。

智能免维护湿膜新风机组的湿膜加湿系统将室外新风经湿膜过滤处理后,使新风得到一定净化的同时,新风温度下降4~10℃。通过智能控制系统将湿膜新风机组与数据中心机房内的空调进行联动。适用于新建和改造的数据中心。以北京为例,预计可把数据中心电能利用效率(PUE)由1.75降至1.4左右。张家界某数据中心使用北京华清凯尔空气净化技术有限公司产品,年节电13.6万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到20%。

复合冷源热管冷却及空调技术通过自然冷源和机械制冷相结合的方式,配套热管型室内末端,解决无冷冻水或者不具备建立冷冻站的数据机楼的空调冷却问题。适用于中小型新建和改造的数据中心。在自然冷却模式下,性能系数(COP)≥20,在混合冷却模式下,COP≥6。山西某小型改造数据机房使用北京纳源丰科技发展有限公司的产品,共采用12套总冷量520千瓦的复合冷源热管冷却及空调产品,年节电45.38万千瓦时。预计未来5年市场规模将超过1万套/年。

变频离心式冷水机组依据数据中心工况优化设计,采用数字变频技术实现较高COP及综合部分负荷性能系数(IPLV)。智能控制系统依据负荷变化自动变频控制压缩机转速,在各压比下均可运行在最高能效区域并避开喘振点。适用于新建和改造的绿色数据中心,COP≥7.0,IPLV≥11.0,与普通定频离心式冷水机组相比,可节电30%。缺水地区不宜使用。杭州某云计算数据中心使用顿汉布什(中国)工业有限公司的变频离心式冷水机组设备(4用1备),年节电420万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到70%。

自然冷却风冷螺杆冷水机组具有压缩机制冷、完全自然冷却、压缩机制冷+自然冷却三种运行方式。机组会根据环境温度高低自行决定运行制冷方式。开机之后机组自动转换,自动运行。适用于新建和改造的数据中心。全年能效比(AEER)>6.0;与传统的水冷式冷水机组相比,节水100%;与常规风冷螺杆冷水机组相比,节电36%以上。北京某数据中心使用顿汉布什(中国)工业有限公司产品(3用1备),年节电205万千瓦时;年节水1.6万立方米。预计未来5年市场占有率可达到20%。

变频氟泵双冷源精密机房空调是指将制冷剂循环泵(简称氟泵)和压缩机串联到同一个管路系统中,在低温季节(≤5℃),运行在氟泵节能模式下,只开氟泵制冷,充分利用自然冷源,降低空调耗电量;在过渡季节(5~15℃),同时开启压缩机、氟泵,运行在混合模式下。适用于新建和改造的数据中心,在冬季室外冷源充足的地方整机能效比更高。山西晋城某数据中心使用广东海悟科技有限公司产品,3套100千瓦氟泵机房空调相比于改造前3套风冷机房空调,年节电13.2万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到20%。

蒸发冷凝式冷水机组以水和空气作为冷却介质,利用空气的流动及水分的蒸发带走制冷剂的冷凝热。蒸发的水蒸汽随空气排走,而未蒸发的水分会滴落到水箱,并通过水泵形成冷却水循环。适用于新建和改造的数据中心。COP≥4.0; AEER≥9.0(北京地区)。北京某所项目使用广东申菱环境系统股份有限公司产品,机房共采用3台740千瓦、2台340千瓦的蒸发冷凝式冷水机组,带自然冷却功能,与风冷冷水机组相比年节电20%,与普通水冷式冷水机组相比年节水50%。预计未来5年市场容量将达到30亿元。

板管蒸发冷却式自然冷源数据中心专用冷水机组采用板管蒸发冷却技术,通过多级制冷获得最低制冷系统温差,利用分段冷却获得高传热介质温度,拉大传热介质温度与环境空气温度的温差;利用室外自然冷源供冷,降低空调系统能耗。机组具备常规机械制冷模式和自然冷源制冷模式双高效运行优势。一体化设计,无须冷却塔、空调机房,设备摆放于屋面,便于安装。适用于新建和改造的数据中心。广州某数据中心使用广州市华德工业有限公司产品,相较于水冷却系统年节电99.96万千瓦时,节能率约为10%,节水21.02万吨,耗水节约量约为50%。预计未来3年市场占有率可达到10%。

自加湿机房精密空调利用布水器将净水从翅片顶部均匀流下,在翅片的亲水膜层作用下形成一层水膜,不饱和空气从翅片间穿过时,迅速吸收水膜表面蒸发的水蒸气,达到加湿效果。适用于新建数据中心。浙江某小型数据中心采用河南晶锐冷却技术股份有限公司加湿量为5千克/小时的自加湿精密空调3台,初期投资未增加,投资回收期为0。自2019年2月至2021年4月三台机组累计加湿时间2320小时,与常规加湿器能耗相比,节电8607.2千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到1%。

间接蒸发冷却技术是在空-空间接式换热技术的基础上,集成高效蒸发冷却系统的自然冷却技术。适用于大中型新建和改造的数据中心,尤其适用于低温、干燥、水资源丰富的地区。在气象适宜的地区,可降低数据中心制冷系统耗电和耗水。山东某数据中心使用华为技术有限公司产品,负载率为50%时,年均PUE由1.41降至1.25,年节电170万千瓦时。预计未来3年市场占有率可达到35%。

磁悬浮变频离心冷水机组由磁悬浮离心压缩机、壳管式冷凝器、降膜式蒸发器、电子膨胀阀、经济器及其电控系统组成,利用制冷循环原理制取冷水。同时,充分利用自然冷源,实现低能耗、高效率。适用于新建和改造的数据中心。机组的IPLV为11.1;机组最大COP为26;机组启动电流为2安。广东深圳某数据中心使用南京佳力图机房环境技术股份有限公司产品,2台880千瓦机组,年节电126.9万千瓦时。预计未来5年市场总额将达到1000台。

蒸发冷集成冷站由动力模块和蒸发冷凝模块组成,是一种新型节能冷水系统。集成了变频离心压缩机技术、氟泵技术、蒸发冷凝技术等节能技术,可明显降低压缩机冷凝温度,提高系统能效,充分利用自然冷源,将数据中心冷却系统全年制冷负载系数(CLF)降到0.15以下。适用于新建和改造的数据中心。深圳某互联网数据中心使用深圳市英维克科技股份有限公司产品,采用300千瓦蒸发冷集成冷站1套。CLF均值为0.15。预计未来5年,新建IDC数据中心应用规模500套;老旧IDC数据中心改造应用规模200套。

复合冷源热管冷却技术及空调由室外蒸发冷凝散热模块、室内热管散热模块和冷量输配模块组成。适用于新建和改造的数据中心。在热管冷却技术基础上,冷源端集成强制风冷、蒸发冷却、氟泵、压缩机等制冷方式,以进一步增强适用性和节能性。河北某互联网数据中心使用深圳市英维克科技股份有限公司产品,共采用300千瓦复合冷源热管冷却技术及空调7套。CLF均值 0.07以下。预计未来5年市场规模2000~4000套。

间接蒸发空气冷却系统采用露点型风侧间接蒸发冷却技术,机组先通过露点型间接蒸发冷却方式对环境空气进行降温、加湿、显热交换等过程,可将机房回风温度降至低于环境湿球温度。对于夏季送风温度接近环境湿球温度的数据中心,可对其进行全年全自然冷却,降低年均PUE。适用于新建和改造的数据中心。内蒙古某云计算产业园使用深圳易信科技股份有限公司的产品年节电3802.9万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到20%。

风冷空调室外机湿膜冷却节能技术是在风冷空调室外机中设置湿膜装置,干燥热空气经过湿膜时,通过湿膜中水的蒸发吸热,达到入口空气冷却净化的效果。适用于新建和改造的数据中心。室外机进风温度每降低1℃,综合计算可节能约3%。重庆某数据中心使用四川斯普信信息技术有限公司产品,共采用风冷空调室外机湿膜冷却节能装置21台(室外机总功率90千瓦),年节电46.36万千瓦时。预计未来5年实现推广量50000台。

氟泵双循环自然冷却技术采用全变频技术、氟泵自然冷技术和蒸发冷却技术的结合,最大限度利用自然冷源,实现全年最优能效比。适用于新建和改造的数据中心。可以无水应用,对使用区域没有限制。使用该产品机房PUE可实现1.25,而采用传统制冷技术的机房优化后PUE可实现1.4。天津某数据中心共采用维缔技术100千瓦氟泵双循环自然冷却机组60台,年节电800万千瓦时。预计未来3年市场占有率可达到20%以上。

间接蒸发冷技术根据室外环境温湿度,机组热负荷百分比在干模式、湿模式、混合模式三种不同运行模式间自动切换,充分利用室外自然冷源,减少机械制冷时长,节约能耗。适用于新建和改造的数据中心。使用该技术机房PUE可实现1.25,而采用传统制冷技术的机房优化后PUE可实现1.4。河北怀来某新建数据中心使用维缔技术36台间接蒸发冷空调,年节电900万千瓦时。预计未来3年市场占有率可达到20%以上。

蒸发冷却技术是利用水蒸发吸热的效应来冷却空气或水,按照技术形式可分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种形式,按照产出介质分类又可分为风侧蒸发冷却与水侧蒸发冷却两种形式。间接蒸发冷却冷水机组属于水侧间接蒸发冷却技术,适用于新建和改造的数据中心,能效比≥15,PUE值可低至1.1。新疆某数据中心使用新疆华奕新能源科技有限公司产品,采用33台制冷量为230千瓦的间接蒸发冷却冷水机组为全年主导冷源,与压缩式冷水机组相比年节电2130万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到35%。

间接蒸发冷却一体化集成冷站,是以蒸发冷却技术为核心,集成了板换,水泵,压缩机冷水主机等,可安全、高效的直接向末端提供源。间接蒸发冷却一体化冷站属于水侧间接蒸发冷却技术,适用于新建和改造的数据中心。海南某数据中心(机房)使用新疆华奕新能源科技有限公司产品,一期采用1台制冷量为350千瓦的间接蒸发冷却一体化集成冷站为冷源,与原风冷冷媒空调相比,节电率可达63%,年节电114万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到30%。

间接蒸发冷系统集成八种节能系统运行模式且各模式间可智能自由切换,自适应不同的运行模式,充分利用室外空气的自然冷源。通过水压和绝热室内的湿度来控制水量,最大化利用水蒸发相变潜热。四川西部某新建数据中心使用依米康科技集团股份有限公司产品,配置2台250千瓦间接蒸发冷系统空调,节能率约43%,年节电40万千瓦时。预计未来5年市场占有率可达到30%以上。

直流变频节能技术是指直流变频节能空调与服务器机柜形成冷通道后可实现对服务器机柜的定点冷却,具有制冷空间小、冷量流失少、温度控制迅速、温度控制精度高的特点。采用EC电机(永磁同步电机)的压缩机和风机可随机房负荷的变化智能调节,全年能耗节约率达到29.0%。安徽某数据中心改造使用依米康科技集团股份有限公司产品,配置10台直流变频节能列间空调机组,降低了数据中心制冷能耗,制冷AEER可达到5.14,节能率约46%。预计未来5年市场占有率可达到30%。

数据中心高效模块化集成冷站采用全变频高效节能技术、机械制冷与自然冷源联合供冷、精准适配节能运行策略、快速部署模块式设计、系统冗余设计、环形管网、电气架构冗余、无扰动强弱电等设计,高气密性检测及自动化焊接等工艺方法,实现系统能效比(EER)>5.5,整机100%厂内预制,工程周期缩短70%,实现全年无间断运行、安全可靠。适用于新建和改造的数据中心。广东某新建数据中心使用珠海格力电器股份有限公司研发的数据中心高效模块化集成冷站,总制冷量7911千瓦,年节电300万千瓦时。预计未来5年市场规模达到3500套以上。

CVT系列永磁同步变频离心式高水温机组运用高速永磁同步电机直驱双级压缩技术,搭载专为数据中心中高温工况设计的“小压比”离心压缩机,实现机械效率、电机效率、压缩机绝热效率的全面提升。适用于新建和改造的数据中心,也可应用于大型公共建筑温湿度独立控制空调系统。华东某新建数据中心使用珠海格力电器股份有限公司研发的12台该产品,机组满负荷COP较原设计要求提升18%,全年非标准工况部分负荷性能系数(NPLV)超过9.56,年节电900万千瓦时。预计未来5年市场规模达到3500套以上。

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附件:《国家通信业节能技术产品应用指南与案例(2021)》之一:绿色数据中心高效冷源技术产品(24项).pdf

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