數據中心在耗能方麵的三個突出特點,一是用電量大、高度密集,每平方米建築綜合配電容量可達1.5～2kW,遠遠高於民用建築配電密度;二是用電負荷持續穩定,從不間斷或者忽高忽低。在長江以南地區,大型滿載數據中心夏季與冬季用電量差值可以不超過10%;三是全年產生熱量、全年製冷。以鳳凰數據中心為例,從兩個不同的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26台,總容量40000kVA。目前每天平均用電量在32萬千瓦時左右,全年超過1億千瓦時。

一般情況下,數據中心的電費支出占整個銷售收入的50%左右,是第一大支出事項,成為主要的生產資料構成因素。因此,節能減排、降低電費,對數據中心行業具有特殊意義。數據中心的節能工作,具有以下四個特征:

(1)確保安全性

數據中心的安全運行,是高於節能的第一要務。所有節能工作,必須以確保安全為前提,所有節能技術和方案,必須同步進行安全影響評估。隨著數據中心分級體係的完善和重要業務災備功能的建立,以及節能減排理念的提升和成本意識的深化,人們已不再過於絕對、機械和片麵地看待安全問題,往往在安全和節能之間尋找最佳平衡點。

(2)注重係統性

數據中心的節能是一個多專業協同複雜的係統性工作,涉及設計、施工、維護管理等各個環節。既有在空調係統上的優化調整,也有在電源動力方麵的工作;既包括變壓器、製冷主機等後端設備的節能,又包括前端設備的節能;既涉及設備更新和技術創新,還涉及日常工作和管理。

(3)兼顧經濟性

麵對林林總總的節能產品和服務,需要因地製宜地根據自身數據中心業務類型、氣候特點、建築情況等綜合因素,選擇合適的方案,避免出現“節能不節錢”的現象。因節能而導致經濟效益受損大致有三種情況:一是節能產品本身造價高昂,超過原有解決方案;二是維護難度加大,維護成本增加;是因節能技術的引入,加大了其他設施的投入,如自然風冷源方案需要加大建築進風麵積等。

(4)重視對自然冷源的利用

數據中心的一大特色是全年製冷,因此在寒冷季節最大程度地利用自然冷源進行降溫,是數據中心有別於其他行業的一個顯著特點。自然冷源利用包括以水為介質的冷塔和板換設備的使用,也包括直接引入新風降溫製冷的模式。目前,利用自然冷源技術也有新的體現,例如熱管背板技術,在提高冷凍水出水溫度達到節能目的的同時,也體現了對自然冷源利用的最大化。

鳳凰數據中心以上述理念為指引,在設計之初,就高標準、係統化地采用各種成熟節能理念技術,在後期的運營管理中,狠抓過程管理和細節管理,把每一項節能舉措落在實處,目前PUE值全年平均水平穩定控製在1.5以下,主要做法如下:

(1)建築節能

建築節能是數據中心節能的基礎,鳳凰數據著重從兩個方麵入手:一是對建築物的選擇,最大化地有利於節能減排。根據建築設計上體形係數原理,同樣體積的建築物,暴露在空氣中的表麵積越小,越有利於降低室外熱空氣的侵擾,也就越有利於節能。電信五星級機房層將體形係數標準定在0.25以下,即建築物除去地麵接觸部分外的表麵積與該建築體積之比值低於0.25。而鳳凰數據中心的建築體形係數為0.106,遠遠低於五星標準;二是在機房布局設計方麵,91探花视频在线观看把每個樓層的六個機房模塊全部集中在該樓層平麵的中心,在其外圍到建築物外牆之間,層層設有空調間、內走廊、電源室等,起到了天然的保溫隔熱作用,把機房受室外高溫侵擾的因素降到最低。

(2)天然氣分布式能源係統的應用

數據中心天然氣分布式能源係統是指利用天然氣為主要燃料,以數據中心為能源需求點,就近部署的分布式能源供應點,用電力和冷源聯產聯供的模式提供能源。鳳凰數據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,開展數據中心分布式能源項目改造運營。

項目配置3台2000kW的天然氣發電機,在日常供電的同時,還可作為市電停電狀態下的應急備用電源,起到常備兩用的作用。利用天然氣發電機工作時產生的缸套水和煙氣餘熱,驅動3台(每台製冷量2500kW)溴化鋰空調主機製冷,提供7℃～15℃的冷凍水進入數據中心冷水主係統。

該係統目前已基本建成,進入試運行和驗收階段。建成後每年3月1日～11月30日運行,計270天(避開天然氣供氣高峰季)。每天8:00～21:00,每套設備年運行時間3510h。項目實施完成後,預計每年節省電力2457萬千瓦時,該電力分兩部分:一部分是內燃機發電直接提供的電力,這部分電量約為2106萬千瓦時;另一部分是內燃機餘熱獲得的製冷量折合成電力約351萬千瓦時。冷電聯和運行,機組效率達到85%以上。就節省的2456萬元電力而言,約能減少2.8萬噸CO2。截止2015年底,已經累計向機房供電1171.06萬千瓦時,餘熱獲得的製冷量69222GJ,折合成電力約325.74萬千瓦時,合計1496.8萬千瓦時,實際減少CO2排放6846.83噸。

(3)水冷空調綜合節能係統

鳳凰數據中心IT設備密集,耗電量和發熱量巨大,全年持續穩定發生,從不間斷。目前IT用電負荷已超過1萬千伏安。因此,數據中心節能降耗的主要措施是空調製冷方麵的革新優化。傳統老王探花,單純考慮安全性,一般采用風冷空調模式製冷,其PUE值一般在2.0左右。實踐表明,處理好工藝和技術,兼顧安全性和節能性,水冷空調在機房領域已有成熟應用。因此,鳳凰數據中心根據新的理念和設計思路,全麵建設了水冷空調係統,並在係統中嵌入多項節能技術,使PUE值穩定控製在1.5以下,相對原先風冷空調模式,PUE值下降0.5,節能量達到25%。按照IT設備全年耗電8760萬千瓦時計算,全年可節省電量約4000萬千瓦時。鳳凰數據中心的水冷空調綜合節能係統有以下子係統組成:

變頻式離心機組:中心配置的5台功率1000冷噸變頻離心式冷水機組,采用VSD變頻啟動。根據測算,單台變頻機組比單台定頻機組,年節約電能為163萬千瓦時,節能率達33%。按鳳凰數據中心用四備一運行模式計算,則全年總共節約用電652萬千瓦時。

板式換熱器係統:中心部署4台板式換熱器,與離心式製冷主機、冷卻塔配套使用,利用水作為換熱的介質,在冬季寒冷季節,開啟板換即可通過循環水係統帶走機房熱量,達到冷卻降溫效果。結合氣溫和大氣濕度變化情況,通過摸索混合開啟、漸進釋放等實踐方法,2015～2016年間本中心共實現板換製冷90天,節約製冷主機耗電約300萬千瓦時。

末端EC風機:本中心機房配置的209台末端小宝探花视频在线观看,全部采用變頻EC風機,每個空調室多台空調自動聯機聯動,可實時根據機房內的溫度,自動變頻運行。此項技術與AC風機(工頻空調)相比,可節約15%的能耗,以2016年3月份實際用電量推算,則每月可節約用電8.29萬千瓦時,全年可節約為99.4萬千瓦時。

群控管理係統:中心的製冷係統的控製係統,在設計階段就考慮節能和使用效率,采用自適應控製器的群控管理係統。前期對冷卻泵、冷凍泵等設備全部采用變頻電機,利用群控管理係統對上述設備進行實時采集數據和調控,通過流量、流速的動態調整,精確應對負荷需求,達到設備使用效率的最佳狀態,實現節能降耗的目的。根據長期的跟蹤實測,此項管理控製係統可節約10%的循環係統能耗。以2016年3月份實際用電量推算,則每月可節約用電37120kWh,全年可節約44.5萬千瓦時。

(4)熱場管理係統

熱場管理的工作主要是在機房區域內,通過隔離冷熱區域,減少冷風熱風的相互汙染,以及對冷風、熱風的合理導流、精確送引等手段,提高送回風的效能,從而達到提升小宝探花视频在线观看效率,減少電能損耗的目的。鳳凰數據對機房內熱場管理的主要方式是:①搭建冷池,隔離冷通道,並且自主設計了無源的冷通道重力軌道門,可實現門體的自動閉合,杜絕了進出冷通道的人員不關門導致的冷氣流失現象。該設計不需要電源和輔助機電設備,安裝維護簡單、造價低廉,獲得了專利;②靜壓箱內導流。機房承重條件優良,但也造成柱距偏短、柱子偏密,對靜壓箱內的送風效果產生不利影響。因此91探花视频在线观看因地製宜地設置了多處導流板,提高送風效率;③可調節的開孔地板,根據服務器功耗密度調節出風量和出風角度;④配置熱成像儀,安裝部署環境監測係統,對機房內冷熱氣流進行定期觀測,實時進行調整。

(5)熱回收利用係統

數據中心的特點是一年四季產生熱量、一年四季進行降溫製冷。在需要生活熱源的冬季,如果將數據中心的熱量直接回收利用,不僅可以降低生活熱源的製造成本,還可以直接降低數據中心的製冷成本,兩者相加,節能效果十分明顯。在比較了多種熱回收方案後,鳳凰數據確定了投資最小、實施最便捷、效果明顯的改造方案:在冷卻塔的出水管道(冷卻水進水)上,部署水源熱泵係統。以常年溫度為15℃的充足水源為熱源,借助輔助加溫生產45℃左右的采暖熱水。現場采暖麵積約2000m2,水源熱泵係統投資約28.5萬元,比空調投資略節省。不含冷卻水水溫降低而帶來的製冷成本降低因素,僅製熱成本的節省,按120天采暖季測算,每天可比普通電空調節省電費175元,每個采暖季節省電費21000元。

經測算,整個鳳凰數據中心的熱源如全部回收利用,可滿足40萬平方米建築的采暖需求。僅數據中心2000m2的辦公采暖需求,遠遠無法消耗巨大的熱源能力,91探花视频在线观看正在積極拓展周邊辦公商住樓宇,以提供熱水的方式擴大熱回收的產能,於人於己,都是具有積極意義的工作。

(6)電源高效利用

數據中心的節能工作,除了在空調係統方麵大有可為,在電源方麵,也有很大的提升空間。作為第三方數據中心,雖然無法對客戶托管的IT設備進行電源改造,但可以對供電係統進行充分優化,提升用電效率和效能,減少電源損耗,也能實現可觀的節能效果。主要的投入和技改有兩個方麵:一是引入高效率的高頻UPS係統,電源轉換效率可達87%以上,相比傳統工頻国产探花约炮,效率提升可達20%。按整個80台400kVA容量測算,每年可節省電力5000萬千瓦;二是投入一批ATS雙電源切換開關,對於一些非高保障要求的IT設備,以及部分小宝探花视频在线观看,日常主用電源設置在市電上,市電中斷時,通過ATS毫秒級地切換到UPS側繼續保障供電。這樣可減少UPS的日常自損和消耗。目前接入ATS,通過市電主供的設備總功率約為2000kVA,通過減少UPS損耗,每年可節省電力消耗約200萬千瓦。

(7)運維節能

除了在設計和投入方麵把好節能關,實現降低能耗的目的之外,日常的機房運維工作好壞,也是影響能耗的十分重要的方麵。運維節能工作做出成效,還能很大程度地彌補機房在設計、施工中的某些先天不足,因此,運維節能至關重要,也是運行中的數據中心節能減排的核心抓手。運維節能重在長期性、細節性、係統性,從小處著眼,緊扣細節,注重全係統的各個方麵和各個環節,堅持不懈、持之以恒,必會取得顯著成效。在做好運維節能的過程中，91探花视频在线观看特別強調以數據為指引的方法，通過數據分析發現問題和痛點，製定解決方案並附帶評測方法，在實施過程中全程記錄分析數據變化情況、全程優化調整，最終結果以數據數字定性定量。

在空調係統的維護方麵,包括對管道內壁和管路上各種閘閥的規範化清洗保養,保持水流暢通無阻;包括對製冷主機的定期“通炮”作業,降低冷凝器管道溫差,提升熱交換效率;包括對機房小宝探花视频在线观看整定值的調整、氣流組織的調整;也包括對冷卻塔的清洗保養檢修等。以上每一項具體的節能工作,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能效益。鳳凰數據通過長時間摸索,記錄了大量的做法和數據,通過數據分析對比,持續調整和優化做法,循環往複,不斷提升節能效果。

在電源方麵,主要從提升電源利用效率出發,通過對負荷分配的動態調整,提升UPS係統使用的集中率,避免低負載運行狀況,可以有效地大幅度節省電源自損。

上述做法,隻是一家之舉、局部之觀,數據中心節能降耗的實踐還遠沒有窮盡。有資料顯示,數據中心的電力消耗總和,已近全社會用電量的2%,綠色數據中心創建之路,既是科學、也是責任;既是挑戰、更是機遇。未來,鳳凰數據將更加注重與行業的交流學習,持續做好節能工作,在實現自身效益提升的同時,為環境友好型社會建設貢獻積極的力量。

編輯：Harris

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