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基于价值工程的X数据中心空调系统多方案决策研究

日期:2021年01月06日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:216
论文价格:150元 论文编号:lw202101032100573154 论文字数:49855 所属栏目:工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇工程管理论文,本论文首先对行业习惯的设计方案进行了详细剖析。在剖析的过程中发现,发现一些矛盾点。比如,虽然数据中心设计理论丰富,但是,大量使用静态技术参数导致方案选型手段过于单一,选型方法缺少对诸多技术整体衡量等主要矛盾。然后,以这些矛盾为出发点,设想利用价值工程方法作为平衡手段,丰富方案选型手段。通过实际价值工程选型手段的进一步深入,又进一步发现在实际应用过程中,由于大量使用概算方法导致建造成本偏高。继而设想使用仿真技术获得制冷峰值和耗电总功率两个重要参数,来提高价值工程方案选型的技术含量。在论述过程中,运用了文献查阅法、数字建模仿真分析法和德尔菲等方法,通过多种方法的综合运用,对数据模型有了更深一步提炼,从而达到以价值工程作为衡量工具的最终目的。进一步而言,通过论证过程,提高了这一方法在设计中使用的可行性。


1 绪论


1.1 研究背景与意义

根据测算,2017 年仅中国的 IDC (IDC,Internet Data Center)全行业的总收入就达到约 650.4 亿元。此期间,传统IDC 业务收入为 512.8 亿元,占全行业收入比重为 78.8%,据中国信息通信研究院估计未来10 年,IDC 行业将保持快速增长势头。

通过以上的数据我们可以看出,在这样潮流的影响之下,企业对信息化需求的越加旺盛,数据中心建设的需求也越来越旺盛。数据中心按照用途分类,可以分成两类,一类是互联网数据中心,另一类是企业数据中心。企业数据中心(EDC,Enterprise Data Center)是企业管理数字化,可视化的重要基础。企业管理数字化无疑是一件好事。自建企业数据中心高昂的运营成本,却是一个很大的问题。据有关部门的分析认为,数据中心运营成本的60%以上来自于空调系统[56]。因此,长久以来,设计师绞尽脑汁的思考:采用什么样的方法才能使数据中心设备得到更好的空调效果,而这种方案的建造成本又能达到最优呢?

自上世纪 80 年代开始,随着现代计算机技术的积极发展,仿真技术也逐步进入到设计领域。我国的一些科技工作者和工程技术人员也在不断地尝试运用仿真技术来解决数据中心的制冷问题。建立数据中心的基本目标是高效地去除 IT 设备中的热量,所以模拟 IT 设备产生的热量构成至关重要。如何建立贴近真实场景的模型,模拟 IT 设备在机柜中的产生的热量情况,是直接影响到仿真精度和复杂度的主要问题[2]。

传统设计是建立在粗算基础之上的,而后,根据这个粗算数据进行方案筛选。这种方法简单快捷,但是不够精确,弊端很多。按照传统的设计过程,设计师首先要测算机房面积,然后计算冷量,进行设备选型。整个过程,往往由于受限于设计者对数据中心各种情况的积累和系统参数的理解程度影响,而使系统设计,要么是冷量输出设计过大,实际使用量偏低,造成建造成本偏高;要么是冷量输出设计的过小,实际使用量偏高,导致数据中心性能下降。二者都会造成运营成本逐年提高。

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1.2 研究内容、方法与路线

1.2.1 研究内容

X 数据中心机房是某国际化大公司新建总部的一部分。承担着中国所属各区的日常生产,办公等业务数据的远程调用,备份和存储任务。同时,该数据中心还是全球总部的核心节点机房。数据中心机房使用面积约为 100 平米,机柜容量约为 30 个。

通常的空调制冷方案设计工作的起始端,是从数据中心的建筑情况开始着手进行一系列的估算,然后,根据这些估算值考虑如何安置和解决数据中心建筑物内的服务器机架的空调问题的。然而,随着时代发展,这样陈旧的数据中心设计理念,会产生一系列的功能与成本矛盾。例如;

1)按照面积估算参数选择不严密,导致空调系统冷却能力或高或低,造成追加大量建造成本。

2)方案选型方法不严密,空调系统冷却能力符合要求,但是耗能大量增加,导致使用成本大幅度提高。

3)自动控制策略设计不严密,空调系统冷却能力符合要求,但是能量输入增加,导致使用成本大幅度提高。

4)缺少使用阶段的测算,导致全寿命周期成本测算不准确。

图 1-1. 论文技术路线图

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2 以传统方法为基础的数据中心空调系统多方案决策的现状研究


2.1X 数据中心空调系统项目概述

某国际公司计划在新建总部设立一个数据中心。该数据中心将承担中国所属各区的日常生产,办公等业务可视化管理平台数据的汇聚,备份和存储任务。同时,该数据中心还是全球总部的核心机房。数据中心占地约为 100 平米,机柜容量约为 30 个。布局如图 2-1所示。

图 2-1 X 数据中心平面布局图

这些 IT 设备的特点是:1)高速存储设备较多,并且发热量高。2)堆放集中,热堆积现象明显。3)堆放空间密闭,不易产生的热量。4)环境要求较高,湿度和温度均有严格的技术指标要求。

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2.2 传统空调系统设计过程概述

传统数据中心是建立在空调冷热负荷计算基础之上的。冷热负荷有两种方式,一种,在了解设备基本情况下,可以利用直接利用参数确定冷负荷,冷热负荷计算只起到验证作用[48]。第二种,设备情况不清楚,冷热负荷设计完全依赖概算。本论文所设计的项目属于第一种。

进行空调冷热负荷计算的目的,就是要确定空调系统选型依据。他的主要手段就是通过计算确定目标区域空调设备(如空气处理机组中的冷却器、加热器、加湿器等)的送风量,并使其成为选择系统容量的基本依据。

一般来说,目标区域空气温度变化是在室内外热量和湿量的双重作用下而变化的。这一细节可以表述为,在某一时刻,进入一个恒温恒湿房间内的总热量和总湿量称为在该时刻的得热量和得湿量,由此可见,这是一个实时变量。当得热量为负值时称为耗(失)热量。空调的负荷可以分为冷负荷、热负荷和湿负荷三种。

数据中心空调的只有单制冷需求,其实质在于室内温度与温度的平衡,使机房室内空气具有一个稳定的状态参数。就是利用设备的干预手段,对指定空间内空气温湿度的平衡进行调节。

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3 基于价值工程 X 数据中心空调系统多方案决策研究 ........................... 33

3.1 传统设计过程的改进措施 ......................... 33

3.2X 数据中心价值工程研究 ......................... 35

4 通过仿真优化价值工程数据以及对多方案决策的持续改进 ......................... 39

4.1 通过仿真技术对设计过程进行验证的可行性性研究 ............................ 39

4.1.1 采用 Revit 作为仿真工具改进决策过程的可行性研究 ....................... 39

4.1.2REVIT 空调负荷仿真算法研究 ......................... 43

5 结论与展望.......................... 79

5.1 研究结论........................... 79

5.2 展望......................... 80


4 通过仿真优化价值工程数据以及对多方案决策的持续改进


4.1 通过仿真技术对设计过程进行验证的可行性性研究

4.1.1 采用 Revit 作为仿真工具改进决策过程的可行性研究

为什么会采用 Revit 而不是其它工具进行仿真测算呢?虚拟设计与建设 VDC (VirtualDesignAnd Construction (VDC))是当前建筑信息模型化 BIM(Muilding InformationModel)发展的第四个阶段。通过各种业务接口 API(Application Programming Interface)收集素材,以评估项目中协同过程的工作状态。[47]为了控制流程的结果,需要控制(素材),让协同工作者知道流程是如何进行的。之所以选择这里强调协调的方法,是因为通过协同的建筑模型平台,它们可以展示其他人对今天工作的改进,还可以展示改进今天工作方式的方法。这里收集和显示的素材被称为平台协同。由于有了它们,设计进程信息的收集并不难,也不费时,而且它们提供了有关流程很多有用的有价值的信息[34]。

4.1.1.1 采用仿真工具对决策过程的影响

计算机辅助制图发展的第一阶段是 2D 替代手工绘图的阶段。计算机辅助制图 CAD(ComputerAided Design)诞生于二十世纪 60 年代。是美国麻省理工学院为了解决当时机械装备硬件设施昂贵的问题,而提出的交互式图形学的研究计划。在这个计划开始之初,就已经有美国通用汽车公司和美国波音航空公司自行开发的交互式绘图系统在应用,当然高昂的开发费用导致中小型企业望而却步。直到二十世纪 80 年代,由于便宜的 PC 机和微软软件的的推动,CAD 得以迅速发展。许多公司开始采用 CAD 进行替代手工绘图的工作,CAD 得以迅速发展进入到工程的各个领域之中[33]。

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5 结论与展望


5.1 研究结论

随着企业数据中心的业务量的急速膨胀,需求越来越旺盛,建造难度也逐步加大。如何才能找到适合企业方案,适应新的市场环境。如何保证方案设计的物美价廉,一方面支持整个企业信息化的高速进展,另一方面又能在合理的价格空间内使项目得以顺利实施,从而达到提高公司项目组的竞争力目的,已经成为整个设计组的一个现实课题。

本论文首先对行业习惯的设计方案进行了详细剖析。在剖析的过程中发现,发现一些矛盾点。比如,虽然数据中心设计理论丰富,但是,大量使用静态技术参数导致方案选型手段过于单一,选型方法缺少对诸多技术整体衡量等主要矛盾。然后,

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