整理 鄭建星

截止2017年底，我國數(shù)據(jù)中心年耗電量超過全社會用電量的1.5%。PUE（power usage effectiveness）為數(shù)據(jù)中心年總耗電量/信息設(shè)備年耗電量的比值，目前我國數(shù)據(jù)中心PUE普遍高于2.0?？照{(diào)系統(tǒng)能耗占比約40%，如何降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的問題亟待解決。

審視特殊行業(yè)領(lǐng)域

“有關(guān)標準是不合理的”，中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司教授級高工李紅霞在近期某次會議上表態(tài)。這個否定的對象是相關(guān)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標準被歸屬到民營建筑設(shè)計里，從根本上混淆了這兩種不同的場所對空調(diào)設(shè)備的個性化需求。

而對于設(shè)計師來說，所建數(shù)據(jù)中心的實際用途，以及建設(shè)單位的根本訴求都是需要在設(shè)計初期完全了解掌握的。

數(shù)據(jù)中心建筑外觀形象比較簡單，可類比為一個火柴盒。其內(nèi)部系統(tǒng)包括機房、動力站、冷卻塔、冷凍站、配電柜，整個系統(tǒng)都是為機房的數(shù)據(jù)服務。

以某一個真實的數(shù)據(jù)中心為例，單機柜功耗4～6 kW/柜，建設(shè)標準參考T3等級，從主要投資部分各項占比數(shù)據(jù)分析可以看出，電源工程占比最大，高達46.81%，而在用電能耗中，空調(diào)系統(tǒng)耗電量約占整個機房用電量的30%～40%?？照{(diào)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)保證，數(shù)據(jù)中心空調(diào)與一般民用建筑空調(diào)不同，主要目的是消除機架散熱量，保證機房正常運行，需全天24 h制冷運行。空調(diào)系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程，和氣候有關(guān)，受能源政策、法規(guī)等影響，冷源方式差異也較大。那么，合理設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)、降低空調(diào)系統(tǒng)運行成本，對IDC機房的建設(shè)、運行、維護起著重要作用，設(shè)法節(jié)省投資，降低能耗，是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計部門的核心思路。

“數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)建設(shè)是為機房數(shù)據(jù)服務，而不是為人服務的。”李紅霞在會議上特別強調(diào)了數(shù)據(jù)中心和一般領(lǐng)域的區(qū)別。同時她還認為，要以特殊需求作為配置空調(diào)系統(tǒng)的出發(fā)點方能建設(shè)好數(shù)據(jù)中心。

甄選差異解決方案

集中水冷式空調(diào)系統(tǒng)、集中風冷冷水空調(diào)系統(tǒng)、分散直膨式空調(diào)系統(tǒng)是常規(guī)的三種數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)。李紅霞對三者的能耗、投資、運維的區(qū)別及如何合理地進行系統(tǒng)選型進行了深入的分析。

水冷冷水式空調(diào)系統(tǒng)運行效率較高，能實現(xiàn)更低PUE。傳統(tǒng)風冷精密空調(diào)能實現(xiàn)靈活配置、分期部署，但是運行效率較低，機房PUE較高，室外機占地面積大，其特點與風冷冷水空調(diào)系統(tǒng)相同。分散直膨式空調(diào)系統(tǒng)能夠利用室外低溫空氣、減少主機運行時間、合理設(shè)計氣流組織等方式有效降低能耗水平。

從節(jié)能的角度考量，不同設(shè)備的實際能耗并非一成不變，還可以采用變頻技術(shù)、提高主機供水溫度、提高機房送風溫度等方式達到減少能耗的效果。當然，這需要設(shè)計方和項目方的細致工作。

從經(jīng)濟效益考慮，三種設(shè)備的優(yōu)先順位又有不同。以一個小于2 000個機柜的數(shù)據(jù)中心為例，集中空調(diào)每年運行維護費用200萬～300萬元，耗水20萬m3。而分散空調(diào)系統(tǒng)每年僅需不到100萬元運行費用。因此從運維成本來看，分散空調(diào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢。

總的來說，數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)應根據(jù)國家節(jié)能、環(huán)保的相關(guān)要求，在滿足機房安全生產(chǎn)的前提下，綜合空調(diào)系統(tǒng)運行的投資和運行費用，通過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定其形式。需要注意的是，采用集中式冷凍水系統(tǒng)配置時應考慮水資源不足的風險，提前做好水資源專項評估工作。

總結(jié)上述分析，李紅霞給出了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的選型建議：大型數(shù)據(jù)中心機房適合采用集中水冷空調(diào)系統(tǒng)，小型或發(fā)展緩慢的數(shù)據(jù)中心機房采用分散風冷空調(diào)系統(tǒng)更靈活，而水資源匱乏地區(qū)可以因地制宜采用風冷冷水空調(diào)系統(tǒng)或分散式空調(diào)系統(tǒng)。

推敲合理系統(tǒng)設(shè)計

通信建筑空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，涉及到建筑設(shè)計、工程管理、通信設(shè)備實施、運行維護等多個方面。一旦忽視某一點都會造成先天不足、后期需要改造的情況。

為此，李紅霞給出了三點規(guī)范性建議：第一，在實際工程建設(shè)中，空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)具有一定的靈活性，應當適應客戶不同標準的需求，選擇適宜的方案。第二，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中應充分考慮分期建設(shè)實施的情況，以備在后期的服務器安裝時，根據(jù)客戶實際需要功率作相應快速、便利地調(diào)整。第三，在滿足標準要求條件下，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計越簡單越好，方便后期運維時進行快速維護檢修。

在具體技術(shù)范疇，李紅霞提出了設(shè)計時應當確保適宜的圍護結(jié)構(gòu)，不可過度強調(diào)保溫，同時加強氣密性，盡可能減少新風量。還需要盡可能提高冷源溫度（由7 ℃/12 ℃提升為12 ℃/18 ℃），延長自然冷卻時間，提高制冷機的COP。精細運行合理節(jié)能的空調(diào)設(shè)計方案同樣必不可少，能夠最大限度地促使空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行。

在技術(shù)領(lǐng)域之外，李紅霞提醒設(shè)計師不要只把目光局限在具體的數(shù)值上，即空調(diào)的投資與PUE值相關(guān)，但數(shù)據(jù)中心建設(shè)不應為節(jié)能而節(jié)能，“單純追求PUE值是不科學的，應設(shè)法找到一個經(jīng)濟合理的平衡點?！?/p>

在移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的推動下，數(shù)據(jù)中心的優(yōu)化不可或缺。作為該領(lǐng)域的翹楚，李紅霞對實際工程設(shè)計應用做出精準分析，針對數(shù)據(jù)中心建設(shè)的問題，深刻闡釋了數(shù)據(jù)中心空調(diào)選型、運維、系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。力求讓空調(diào)系統(tǒng)契合使用場所的特殊需要，在節(jié)能、穩(wěn)定和建設(shè)過程中的靈活性上獲得優(yōu)化，為行業(yè)的發(fā)展帶來切實的理論支持。這是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域進一步發(fā)展的根基，同時也是一位學者兼技術(shù)人員最高價值的體現(xiàn)。