數(shù)據(jù)中心在耗能方面的三個(gè)突出特點(diǎn),一是用電量大、高度密集,每平方米建筑綜合配電容量可達(dá)1.5～2kW,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用建筑配電密度;二是用電負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定,從不間斷或者忽高忽低。在長江以南地區(qū),大型滿載數(shù)據(jù)中心夏季與冬季用電量差值可以不超過10%;三是全年產(chǎn)生熱量、全年制冷。以鳳凰數(shù)據(jù)中心為例,從兩個(gè)不同的110kV變電站各引入兩條10kV電力專線(共兩站四線),互為備份。變壓器裝機(jī)26臺(tái),總?cè)萘?0000kVA。目前每天平均用電量在32萬千瓦時(shí)左右,全年超過1億千瓦時(shí)。

一般情況下,數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)支出占整個(gè)銷售收入的50%左右,是第一大支出事項(xiàng),成為主要的生產(chǎn)資料構(gòu)成因素。因此,節(jié)能減排、降低電費(fèi),對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)具有特殊意義。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能工作,具有以下四個(gè)特征:

(1)確保安全性

數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行,是高于節(jié)能的第一要?jiǎng)?wù)。所有節(jié)能工作,必須以確保安全為前提,所有節(jié)能技術(shù)和方案,必須同步進(jìn)行安全影響評(píng)估。隨著數(shù)據(jù)中心分級(jí)體系的完善和重要業(yè)務(wù)災(zāi)備功能的建立,以及節(jié)能減排理念的提升和成本意識(shí)的深化,人們已不再過于絕對(duì)、機(jī)械和片面地看待安全問題,往往在安全和節(jié)能之間尋找最佳平衡點(diǎn)。

(2)注重系統(tǒng)性

數(shù)據(jù)中心的節(jié)能是一個(gè)多專業(yè)協(xié)同復(fù)雜的系統(tǒng)性工作,涉及設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)。既有在空調(diào)系統(tǒng)上的優(yōu)化調(diào)整,也有在電源動(dòng)力方面的工作;既包括變壓器、制冷主機(jī)等后端設(shè)備的節(jié)能,又包括前端設(shè)備的節(jié)能;既涉及設(shè)備更新和技術(shù)創(chuàng)新,還涉及日常工作和管理。

(3)兼顧經(jīng)濟(jì)性

面對(duì)林林總總的節(jié)能產(chǎn)品和服務(wù),需要因地制宜地根據(jù)自身數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)類型、氣候特點(diǎn)、建筑情況等綜合因素,選擇合適的方案,避免出現(xiàn)“節(jié)能不節(jié)錢”的現(xiàn)象。因節(jié)能而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益受損大致有三種情況:一是節(jié)能產(chǎn)品本身造價(jià)高昂,超過原有解決方案;二是維護(hù)難度加大,維護(hù)成本增加;是因節(jié)能技術(shù)的引入,加大了其他設(shè)施的投入,如自然風(fēng)冷源方案需要加大建筑進(jìn)風(fēng)面積等。

(4)重視對(duì)自然冷源的利用

數(shù)據(jù)中心的一大特色是全年制冷,因此在寒冷季節(jié)最大程度地利用自然冷源進(jìn)行降溫,是數(shù)據(jù)中心有別于其他行業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。自然冷源利用包括以水為介質(zhì)的冷塔和板換設(shè)備的使用,也包括直接引入新風(fēng)降溫制冷的模式。目前,利用自然冷源技術(shù)也有新的體現(xiàn),例如熱管背板技術(shù),在提高冷凍水出水溫度達(dá)到節(jié)能目的的同時(shí),也體現(xiàn)了對(duì)自然冷源利用的最大化。

鳳凰數(shù)據(jù)中心以上述理念為指引,在設(shè)計(jì)之初,就高標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)化地采用各種成熟節(jié)能理念技術(shù),在后期的運(yùn)營管理中,狠抓過程管理和細(xì)節(jié)管理,把每一項(xiàng)節(jié)能舉措落在實(shí)處,目前PUE值全年平均水平穩(wěn)定控制在1.5以下,主要做法如下:

(1)建筑節(jié)能

建筑節(jié)能是數(shù)據(jù)中心節(jié)能的基礎(chǔ),鳳凰數(shù)據(jù)著重從兩個(gè)方面入手:一是對(duì)建筑物的選擇,最大化地有利于節(jié)能減排。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)上體形系數(shù)原理,同樣體積的建筑物,暴露在空氣中的表面積越小,越有利于降低室外熱空氣的侵?jǐn)_,也就越有利于節(jié)能。電信五星級(jí)機(jī)房層將體形系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定在0.25以下,即建筑物除去地面接觸部分外的表面積與該建筑體積之比值低于0.25。而鳳凰數(shù)據(jù)中心的建筑體形系數(shù)為0.106,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于五星標(biāo)準(zhǔn);二是在機(jī)房布局設(shè)計(jì)方面,我們把每個(gè)樓層的六個(gè)機(jī)房模塊全部集中在該樓層平面的中心,在其外圍到建筑物外墻之間,層層設(shè)有空調(diào)間、內(nèi)走廊、電源室等,起到了天然的保溫隔熱作用,把機(jī)房受室外高溫侵?jǐn)_的因素降到最低。

(2)天然氣分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)中心天然氣分布式能源系統(tǒng)是指利用天然氣為主要燃料,以數(shù)據(jù)中心為能源需求點(diǎn),就近部署的分布式能源供應(yīng)點(diǎn),用電力和冷源聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供的模式提供能源。鳳凰數(shù)據(jù)中心以合同能源管理的模式,與江蘇紫峰新能源公司合作,以采購電力和冷源的模式,開展數(shù)據(jù)中心分布式能源項(xiàng)目改造運(yùn)營。

項(xiàng)目配置3臺(tái)2000kW的天然氣發(fā)電機(jī),在日常供電的同時(shí),還可作為市電停電狀態(tài)下的應(yīng)急備用電源,起到常備兩用的作用。利用天然氣發(fā)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的缸套水和煙氣余熱,驅(qū)動(dòng)3臺(tái)(每臺(tái)制冷量2500kW)溴化鋰空調(diào)主機(jī)制冷,提供7℃～15℃的冷凍水進(jìn)入數(shù)據(jù)中心冷水主系統(tǒng)。

該系統(tǒng)目前已基本建成,進(jìn)入試運(yùn)行和驗(yàn)收階段。建成后每年3月1日～11月30日運(yùn)行,計(jì)270天(避開天然氣供氣高峰季)。每天8:00～21:00,每套設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間3510h。項(xiàng)目實(shí)施完成后,預(yù)計(jì)每年節(jié)省電力2457萬千瓦時(shí),該電力分兩部分:一部分是內(nèi)燃機(jī)發(fā)電直接提供的電力,這部分電量約為2106萬千瓦時(shí);另一部分是內(nèi)燃機(jī)余熱獲得的制冷量折合成電力約351萬千瓦時(shí)。冷電聯(lián)和運(yùn)行,機(jī)組效率達(dá)到85%以上。就節(jié)省的2456萬元電力而言,約能減少2.8萬噸CO2。截止2015年底,已經(jīng)累計(jì)向機(jī)房供電1171.06萬千瓦時(shí),余熱獲得的制冷量69222GJ,折合成電力約325.74萬千瓦時(shí),合計(jì)1496.8萬千瓦時(shí),實(shí)際減少CO2排放6846.83噸。

(3)水冷空調(diào)綜合節(jié)能系統(tǒng)

鳳凰數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備密集,耗電量和發(fā)熱量巨大,全年持續(xù)穩(wěn)定發(fā)生,從不間斷。目前IT用電負(fù)荷已超過1萬千伏安。因此,數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的主要措施是空調(diào)制冷方面的革新優(yōu)化。傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào),單純考慮安全性,一般采用風(fēng)冷空調(diào)模式制冷,其PUE值一般在2.0左右。實(shí)踐表明,處理好工藝和技術(shù),兼顧安全性和節(jié)能性,水冷空調(diào)在機(jī)房領(lǐng)域已有成熟應(yīng)用。因此,鳳凰數(shù)據(jù)中心根據(jù)新的理念和設(shè)計(jì)思路,全面建設(shè)了水冷空調(diào)系統(tǒng),并在系統(tǒng)中嵌入多項(xiàng)節(jié)能技術(shù),使PUE值穩(wěn)定控制在1.5以下,相對(duì)原先風(fēng)冷空調(diào)模式,PUE值下降0.5,節(jié)能量達(dá)到25%。按照IT設(shè)備全年耗電8760萬千瓦時(shí)計(jì)算,全年可節(jié)省電量約4000萬千瓦時(shí)。鳳凰數(shù)據(jù)中心的水冷空調(diào)綜合節(jié)能系統(tǒng)有以下子系統(tǒng)組成:

變頻式離心機(jī)組:中心配置的5臺(tái)功率1000冷噸變頻離心式冷水機(jī)組,采用VSD變頻啟動(dòng)。根據(jù)測(cè)算,單臺(tái)變頻機(jī)組比單臺(tái)定頻機(jī)組,年節(jié)約電能為163萬千瓦時(shí),節(jié)能率達(dá)33%。按鳳凰數(shù)據(jù)中心用四備一運(yùn)行模式計(jì)算,則全年總共節(jié)約用電652萬千瓦時(shí)。

板式換熱器系統(tǒng):中心部署4臺(tái)板式換熱器,與離心式制冷主機(jī)、冷卻塔配套使用,利用水作為換熱的介質(zhì),在冬季寒冷季節(jié),開啟板換即可通過循環(huán)水系統(tǒng)帶走機(jī)房熱量,達(dá)到冷卻降溫效果。結(jié)合氣溫和大氣濕度變化情況,通過摸索混合開啟、漸進(jìn)釋放等實(shí)踐方法,2015～2016年間本中心共實(shí)現(xiàn)板換制冷90天,節(jié)約制冷主機(jī)耗電約300萬千瓦時(shí)。

末端EC風(fēng)機(jī):本中心機(jī)房配置的209臺(tái)末端精密空調(diào),全部采用變頻EC風(fēng)機(jī),每個(gè)空調(diào)室多臺(tái)空調(diào)自動(dòng)聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng),可實(shí)時(shí)根據(jù)機(jī)房內(nèi)的溫度,自動(dòng)變頻運(yùn)行。此項(xiàng)技術(shù)與AC風(fēng)機(jī)(工頻空調(diào))相比,可節(jié)約15%的能耗,以2016年3月份實(shí)際用電量推算,則每月可節(jié)約用電8.29萬千瓦時(shí),全年可節(jié)約為99.4萬千瓦時(shí)。

群控管理系統(tǒng):中心的制冷系統(tǒng)的控制系統(tǒng),在設(shè)計(jì)階段就考慮節(jié)能和使用效率,采用自適應(yīng)控制器的群控管理系統(tǒng)。前期對(duì)冷卻泵、冷凍泵等設(shè)備全部采用變頻電機(jī),利用群控管理系統(tǒng)對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和調(diào)控,通過流量、流速的動(dòng)態(tài)調(diào)整,精確應(yīng)對(duì)負(fù)荷需求,達(dá)到設(shè)備使用效率的最佳狀態(tài),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。根據(jù)長期的跟蹤實(shí)測(cè),此項(xiàng)管理控制系統(tǒng)可節(jié)約10%的循環(huán)系統(tǒng)能耗。以2016年3月份實(shí)際用電量推算,則每月可節(jié)約用電37120kWh,全年可節(jié)約44.5萬千瓦時(shí)。

(4)熱場管理系統(tǒng)

熱場管理的工作主要是在機(jī)房區(qū)域內(nèi),通過隔離冷熱區(qū)域,減少冷風(fēng)熱風(fēng)的相互污染,以及對(duì)冷風(fēng)、熱風(fēng)的合理導(dǎo)流、精確送引等手段,提高送回風(fēng)的效能,從而達(dá)到提升精密空調(diào)效率,減少電能損耗的目的。鳳凰數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)房內(nèi)熱場管理的主要方式是:①搭建冷池,隔離冷通道,并且自主設(shè)計(jì)了無源的冷通道重力軌道門,可實(shí)現(xiàn)門體的自動(dòng)閉合,杜絕了進(jìn)出冷通道的人員不關(guān)門導(dǎo)致的冷氣流失現(xiàn)象。該設(shè)計(jì)不需要電源和輔助機(jī)電設(shè)備,安裝維護(hù)簡單、造價(jià)低廉,獲得了專利;②靜壓箱內(nèi)導(dǎo)流。機(jī)房承重條件優(yōu)良,但也造成柱距偏短、柱子偏密,對(duì)靜壓箱內(nèi)的送風(fēng)效果產(chǎn)生不利影響。因此我們因地制宜地設(shè)置了多處導(dǎo)流板,提高送風(fēng)效率;③可調(diào)節(jié)的開孔地板,根據(jù)服務(wù)器功耗密度調(diào)節(jié)出風(fēng)量和出風(fēng)角度;④配置熱成像儀,安裝部署環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)機(jī)房內(nèi)冷熱氣流進(jìn)行定期觀測(cè),實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(5)熱回收利用系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)是一年四季產(chǎn)生熱量、一年四季進(jìn)行降溫制冷。在需要生活熱源的冬季,如果將數(shù)據(jù)中心的熱量直接回收利用,不僅可以降低生活熱源的制造成本,還可以直接降低數(shù)據(jù)中心的制冷成本,兩者相加,節(jié)能效果十分明顯。在比較了多種熱回收方案后,鳳凰數(shù)據(jù)確定了投資最小、實(shí)施最便捷、效果明顯的改造方案:在冷卻塔的出水管道(冷卻水進(jìn)水)上,部署水源熱泵系統(tǒng)。以常年溫度為15℃的充足水源為熱源,借助輔助加溫生產(chǎn)45℃左右的采暖熱水?，F(xiàn)場采暖面積約2000m2,水源熱泵系統(tǒng)投資約28.5萬元,比空調(diào)投資略節(jié)省。不含冷卻水水溫降低而帶來的制冷成本降低因素,僅制熱成本的節(jié)省,按120天采暖季測(cè)算,每天可比普通電空調(diào)節(jié)省電費(fèi)175元,每個(gè)采暖季節(jié)省電費(fèi)21000元。

經(jīng)測(cè)算,整個(gè)鳳凰數(shù)據(jù)中心的熱源如全部回收利用,可滿足40萬平方米建筑的采暖需求。僅數(shù)據(jù)中心2000m2的辦公采暖需求,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法消耗巨大的熱源能力,我們正在積極拓展周邊辦公商住樓宇,以提供熱水的方式擴(kuò)大熱回收的產(chǎn)能,于人于己,都是具有積極意義的工作。

(6)電源高效利用

數(shù)據(jù)中心的節(jié)能工作,除了在空調(diào)系統(tǒng)方面大有可為,在電源方面,也有很大的提升空間。作為第三方數(shù)據(jù)中心,雖然無法對(duì)客戶托管的IT設(shè)備進(jìn)行電源改造,但可以對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行充分優(yōu)化,提升用電效率和效能,減少電源損耗,也能實(shí)現(xiàn)可觀的節(jié)能效果。主要的投入和技改有兩個(gè)方面:一是引入高效率的高頻UPS系統(tǒng),電源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)87%以上,相比傳統(tǒng)工頻UPS電源,效率提升可達(dá)20%。按整個(gè)80臺(tái)400kVA容量測(cè)算,每年可節(jié)省電力5000萬千瓦;二是投入一批ATS雙電源切換開關(guān),對(duì)于一些非高保障要求的IT設(shè)備,以及部分精密空調(diào),日常主用電源設(shè)置在市電上,市電中斷時(shí),通過ATS毫秒級(jí)地切換到UPS側(cè)繼續(xù)保障供電。這樣可減少UPS的日常自損和消耗。目前接入ATS,通過市電主供的設(shè)備總功率約為2000kVA,通過減少UPS損耗,每年可節(jié)省電力消耗約200萬千瓦。

(7)運(yùn)維節(jié)能

除了在設(shè)計(jì)和投入方面把好節(jié)能關(guān),實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的之外,日常的機(jī)房運(yùn)維工作好壞,也是影響能耗的十分重要的方面。運(yùn)維節(jié)能工作做出成效,還能很大程度地彌補(bǔ)機(jī)房在設(shè)計(jì)、施工中的某些先天不足,因此,運(yùn)維節(jié)能至關(guān)重要,也是運(yùn)行中的數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的核心抓手。運(yùn)維節(jié)能重在長期性、細(xì)節(jié)性、系統(tǒng)性,從小處著眼,緊扣細(xì)節(jié),注重全系統(tǒng)的各個(gè)方面和各個(gè)環(huán)節(jié),堅(jiān)持不懈、持之以恒,必會(huì)取得顯著成效。在做好運(yùn)維節(jié)能的過程中，我們特別強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為指引的方法，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)問題和痛點(diǎn)，制定解決方案并附帶評(píng)測(cè)方法，在實(shí)施過程中全程記錄分析數(shù)據(jù)變化情況、全程優(yōu)化調(diào)整，最終結(jié)果以數(shù)據(jù)數(shù)字定性定量。

在空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)方面,包括對(duì)管道內(nèi)壁和管路上各種閘閥的規(guī)范化清洗保養(yǎng),保持水流暢通無阻;包括對(duì)制冷主機(jī)的定期“通炮”作業(yè),降低冷凝器管道溫差,提升熱交換效率;包括對(duì)機(jī)房精密空調(diào)整定值的調(diào)整、氣流組織的調(diào)整;也包括對(duì)冷卻塔的清洗保養(yǎng)檢修等。以上每一項(xiàng)具體的節(jié)能工作,通過深度挖潛和持之以恒,都能取得每年至少上百萬元的節(jié)能效益。鳳凰數(shù)據(jù)通過長時(shí)間摸索,記錄了大量的做法和數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析對(duì)比,持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化做法,循環(huán)往復(fù),不斷提升節(jié)能效果。

在電源方面,主要從提升電源利用效率出發(fā),通過對(duì)負(fù)荷分配的動(dòng)態(tài)調(diào)整,提升UPS系統(tǒng)使用的集中率,避免低負(fù)載運(yùn)行狀況,可以有效地大幅度節(jié)省電源自損。

上述做法,只是一家之舉、局部之觀,數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的實(shí)踐還遠(yuǎn)沒有窮盡。有資料顯示,數(shù)據(jù)中心的電力消耗總和,已近全社會(huì)用電量的2%,綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建之路,既是科學(xué)、也是責(zé)任;既是挑戰(zhàn)、更是機(jī)遇。未來,鳳凰數(shù)據(jù)將更加注重與行業(yè)的交流學(xué)習(xí),持續(xù)做好節(jié)能工作,在實(shí)現(xiàn)自身效益提升的同時(shí),為環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)貢獻(xiàn)積極的力量。

編輯：Harris

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