近些年來,數(shù)字經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來了海量的數(shù)據(jù)中心建設(shè)需求。然而,由于早期數(shù)據(jù)中心能源領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)相對匱乏,許多存量數(shù)據(jù)中心存在著能耗高、運(yùn)營成本高等諸多問題。本文針對中國電信山東濟(jì)南藍(lán)翔路數(shù)據(jù)中心二樓東和四樓東機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)采用變頻氟泵和通道封閉的節(jié)能改造技術(shù),能夠顯著降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

一、引言

目前，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為帶動我國GDP增長的主力軍，根據(jù)國家網(wǎng)信辦發(fā)布的《數(shù)字中國發(fā)展報(bào)告(2021年)》顯示，2017年到2021年，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模從27.2萬億增至45.5萬億元，年均復(fù)合增長率達(dá)13.6%，占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重從32.9%升至39.8%。2022年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模已達(dá)50.2萬億，占國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP的41.5%。在如此大體量的數(shù)字經(jīng)濟(jì)背后，是龐大的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施在做支撐。

數(shù)據(jù)中心是耗能大戶,我國數(shù)據(jù)中心年耗電量超過全社會用電量的1.5%。除IT設(shè)備的能耗以外,網(wǎng)絡(luò)能源基礎(chǔ)設(shè)施是耗電的主要系統(tǒng),包括空調(diào)制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)及照明、消防、監(jiān)控等輔助系統(tǒng),其中精密空調(diào)系統(tǒng)耗能占網(wǎng)絡(luò)能源基礎(chǔ)設(shè)施總能耗的60%左右,供配電系統(tǒng)耗能占30%左右,其他輔助系統(tǒng)耗能占10%左右。山東省人民政府辦公廳關(guān)于山東省數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見指出,自2022年年底,新建數(shù)據(jù)中心PUE值原則上不高于1.3,到2022年年底,存量改造數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.4。為了貫徹落實(shí)推進(jìn)3060國家雙碳戰(zhàn)略,數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗勢在必行。

二、數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀

伴隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速增長,近些年我們國家已經(jīng)建成了大量的數(shù)據(jù)中心,但是由于早期數(shù)據(jù)中心能源領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)相對匱乏,已建成的許多數(shù)據(jù)中心存在著能耗高、運(yùn)營成本高等諸多問題。

根據(jù)中國信通院和開放數(shù)據(jù)中心委員會發(fā)布的中國企業(yè)綠色計(jì)算與可持續(xù)發(fā)展研究報(bào)告(2019),我國存量數(shù)據(jù)中心的PUE平均值為1.8。2019年,PUE小于1.5的數(shù)據(jù)中心占比13%;PUE值在1.5至1.8之間占比39%;PUE值在1.8至2.0之間占比46%;PUE值大于2.0的數(shù)據(jù)中心占比2%。

中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布的《綠色數(shù)據(jù)中心白皮書2020》指出,近年來,我國數(shù)據(jù)中心能效水平不斷提高,超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用率(PUE)為1.46,部分優(yōu)秀綠色數(shù)據(jù)中心已全球領(lǐng)先,PUE可達(dá)1.2-1.3。

由此可見,我國新建數(shù)據(jù)中心能效值相比存量數(shù)據(jù)中心有較大提升,存量數(shù)據(jù)中心存在巨大的節(jié)能空間,亟需針對存量數(shù)據(jù)中心進(jìn)行節(jié)能改造措施,以降低能耗。

三、數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)

1、空調(diào)節(jié)能技術(shù)

數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能技術(shù)路線主要有全變頻技術(shù)、氟泵技術(shù)、蒸發(fā)冷卻技術(shù)以及氣流組織優(yōu)化技術(shù)等。在變頻技術(shù)層面,主流精密空調(diào)設(shè)備廠商均會使用變頻壓縮機(jī)和變頻風(fēng)機(jī)來降低空調(diào)的能耗。氟泵技術(shù)其核心的工作原理是加大自然冷源的利用,在我國北方過渡季節(jié)或者冬季,室外氣溫足夠低的情況下,關(guān)閉壓縮機(jī),開啟低功率的氟泵來驅(qū)動制冷循環(huán),減少全年機(jī)械制冷的時(shí)間,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。蒸發(fā)冷卻技術(shù)是一項(xiàng)利用水蒸發(fā)吸熱帶走熱量的制冷方式,此技術(shù)同樣可以減少全年機(jī)械制冷的時(shí)間。但是,蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用受制于地理區(qū)位,在我們南方尤其是沿海地區(qū),空氣相對濕度較大,水自然蒸發(fā)能力較弱,蒸發(fā)冷卻的效果會受較大限制。

目前,數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用較多的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施是運(yùn)用全變頻風(fēng)冷氟泵技術(shù)。尤其在我國北方地區(qū)過渡季節(jié)和冬季時(shí)間跨度長,室外溫度低,更有利于氟泵技術(shù)的應(yīng)用。

另外,氣流組織同樣會影響空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果。在一些老舊數(shù)據(jù)中心機(jī)房,氣流組織規(guī)劃不合理,出現(xiàn)冷熱氣流短路的現(xiàn)象,致使冷量損失。因此,規(guī)劃合理的氣流組織或者對氣流組織進(jìn)行優(yōu)化,同樣能夠提升空調(diào)系統(tǒng)能效。

2、供配電節(jié)能技術(shù)

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)路線相對比較有限,可采取的手段包括:供電架構(gòu)的優(yōu)化,增加對市電的直接利用,進(jìn)一步提高變壓器、UPS等電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率,以及優(yōu)化供電布局,讓電源深入到負(fù)荷中心,并通過電力模組整合并縮短整個(gè)供電鏈路。

3、建筑節(jié)能技術(shù)

建筑節(jié)能的技術(shù)路線包括建筑外墻保溫材料的選擇和應(yīng)用、節(jié)能型照明的使用。保溫材料是建筑節(jié)能的重要手段之一,通過選擇熱導(dǎo)率低的材料,可以最大程度地減少熱量的散失和能源的浪費(fèi),可以有效降低建筑整體能耗,抵消熱量傳導(dǎo)對室內(nèi)環(huán)境造成的影響。通過選擇LED節(jié)能型照明燈具,并且加以人體感應(yīng)智能控制,能夠有效降低照明系統(tǒng)的能耗。

四、運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造措施及節(jié)能效果分析

山東電信濟(jì)南數(shù)據(jù)中心二樓東側(cè)原機(jī)房和四樓東側(cè)原機(jī)房采用傳統(tǒng)的建設(shè)模式,未做封閉通道設(shè)計(jì),氣流組織較為混亂,存在南北冷量分布失衡和局部熱點(diǎn)的現(xiàn)象。原機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)采用定頻技術(shù),能效比低,導(dǎo)致制冷系統(tǒng)能耗較高。

由于二樓東側(cè)機(jī)房負(fù)載功耗較低,故本次針對二樓東機(jī)房空調(diào)設(shè)備進(jìn)行改造,更換原定頻空調(diào),采用維諦技術(shù)PEX4S變頻氟泵熱管機(jī)房精密空調(diào)對設(shè)備進(jìn)行散熱。

由于四樓東側(cè)機(jī)房負(fù)載相對較高,故本次針對四樓東機(jī)房在氣流組織優(yōu)化層面采用了封閉通道隔離技術(shù),在設(shè)備層面同樣采用維諦技術(shù)PEX4S變頻氟泵熱管機(jī)房精密空調(diào)。

能耗測試方法:根據(jù)GB40879-2021《數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級》中數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)位置。選取IT配電柜輸入端位置測點(diǎn)，測量IT負(fù)載用電量；選取空調(diào)輸入端位置測點(diǎn)，測量空調(diào)系統(tǒng)用電量。

1、二樓東側(cè)機(jī)房改造前后能耗指標(biāo)分析

根據(jù)上述能耗測試方法,改造前和改造后二樓東數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗指標(biāo)如表1和表2所示:

經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)分析,節(jié)能改造前2022年1-6月期間,二樓東機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.4538;改造后2023年1-6月期間,空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.2331,相較于2022年同期,空調(diào)系統(tǒng)能耗因子大幅降低。在同等IT負(fù)載工況下,空調(diào)系統(tǒng)能耗降低48.6%,改造后節(jié)能效果良好。

2、四樓東側(cè)機(jī)房改造前后能耗指標(biāo)分析

根據(jù)上述能耗測試方法,改造后四樓東數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗指標(biāo)如表3和表4所示:

經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)分析,節(jié)能改造前2022年1-6月期間,四樓東機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.4584;改造后2023年1-6月期間,空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.3311,相較于2022年同期,空調(diào)系統(tǒng)能耗因子同樣得到大幅降低。在同等IT負(fù)載工況下,空調(diào)系統(tǒng)能耗降低27.8%,改造后節(jié)能效果良好。

經(jīng)對比分析,通過對二樓東機(jī)房和四樓東機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造后,空調(diào)系統(tǒng)pPUE值得到明顯降低，二樓東空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.2331,四樓東空調(diào)系統(tǒng)的pPUE為1.3311，節(jié)能效果明顯，且均能夠滿足山東省對于存量數(shù)據(jù)中心能耗指標(biāo)要求。

五、結(jié)語

中國電信濟(jì)南藍(lán)翔路數(shù)據(jù)中心采用變頻氟泵熱管空調(diào)技術(shù)和通道封閉技術(shù)能夠顯著降低數(shù)據(jù)中心能耗。經(jīng)實(shí)際測試與計(jì)算分析,同等IT負(fù)載工況下,二樓東機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗降低48.6%,四樓東機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗降低27.8%。

由此可見,對于傳統(tǒng)建設(shè)模式的運(yùn)營商老舊機(jī)房節(jié)能改造場景,變頻氟泵熱管空調(diào)技術(shù)和通道封閉技術(shù)特別適用,這兩種技術(shù)措施能夠降低空調(diào)系統(tǒng)能耗,從而有效降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房整體能耗。除此之外,蒸發(fā)冷卻作為自然冷卻技術(shù)亦可在改造場景中發(fā)揮巨大作用,尤其是在炎熱的夏季,室外溫度高,給空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行噴淋處理,利用噴淋水蒸發(fā)吸熱,降低室外機(jī)周圍的空氣溫度可提高空調(diào)機(jī)組的能效比,降低能耗。針對運(yùn)營商老舊機(jī)房節(jié)能改造場景,可采取的技術(shù)與措施還有很多,需要在今后的工作中逐步探索與實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]張嘉毅.國家網(wǎng)信辦發(fā)布《數(shù)字中國發(fā)展報(bào)告(2021年)》[J].科技中國,2022(09):103.

[2]宋杰,孫宗哲,劉慧,鮑玉斌,于戈.混合供電數(shù)據(jù)中心能耗優(yōu)化研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2018,41(12):2670-2688.

[3]山東省人民政府辦公廳關(guān)于山東省數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見[J].山東省人民政府公報(bào),2020(10):14-19.

[4]中國信息通信研究院,開放數(shù)據(jù)中心委員會.數(shù)據(jù)中心白皮書(2020)[R],2020.

[5]GB40879-2021,數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級[S].

來源：網(wǎng)絡(luò)，侵刪

本文標(biāo)題：基于變頻氟泵熱管空調(diào)技術(shù)的數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造效果分析

本文鏈接：http://www.yangziriver.cn/faq3/1118.html
[版權(quán)聲明]除非特別標(biāo)注，否則均為本站原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載時(shí)請以鏈接形式注明文章出處。