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。空調(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。
“有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)房、動力站、冷卻塔、冷凍站、配電柜,整個系統(tǒng)都是為機(jī)房的數(shù)據(jù)服務(wù)。
以某一個真實的數(shù)據(jù)中心為例,單機(jī)柜功耗4~6 kW/柜,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)46.81%,而在用電能耗中,空調(diào)系統(tǒng)耗電量約占整個機(jī)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(jī)架散熱量,保證機(jī)房正常運行,需全天24 h制冷運行??照{(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(jī)房的建設(shè)、運行、維護(hù)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(jī)房數(shù)據(jù)服務(wù),而不是為人服務(wù)的。”李紅霞在會議上特別強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)中心和一般領(lǐng)域的區(qū)別。同時她還認(rèn)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。
集中水冷式空調(diào)系統(tǒng)、集中風(fēng)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(jī)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(jìn)行系統(tǒng)選型進(jìn)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(fēng)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(jī)房PUE較高,室外機(jī)占地面積大,其特點與風(fēng)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(jī)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(jī)供水溫度、提高機(jī)房送風(fēng)溫度等方式達(dá)到減少能耗的效果。當(dāng)然,這需要設(shè)計方和項目方的細(xì)致工作。
從經(jīng)濟(jì)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(jī)柜的數(shù)據(jù)中心為例,集中空調(diào)每年運行維護(hù)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(yīng)根據(jù)國家節(jié)能、環(huán)保的相關(guān)要求,在滿足機(jī)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(jì)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(yīng)考慮水資源不足的風(fēng)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(jī)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(jī)房采用分散風(fēng)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(fēng)冷冷水空調(diào)系統(tǒng)或分散式空調(diào)系統(tǒng)。
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(hù)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(yīng)當(dāng)適應(yīng)客戶不同標(biāo)準(zhǔn)的需求,選擇適宜的方案。第二,在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)充分考慮分期建設(shè)實施的情況,以備在后期的服務(wù)器安裝時,根據(jù)客戶實際需要功率作相應(yīng)快速、便利地調(diào)整。第三,在滿足標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行快速維護(hù)檢修。
在具體技術(shù)范疇,李紅霞提出了設(shè)計時應(yīng)當(dāng)確保適宜的圍護(hù)結(jié)構(gòu),不可過度強(qiáng)調(diào)保溫,同時加強(qiáng)氣密性,盡可能減少新風(fēng)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(jī)的COP。精細(xì)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(yīng)為節(jié)能而節(jié)能,“單純追求PUE值是不科學(xué)的,應(yīng)設(shè)法找到一個經(jīng)濟(jì)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(yīng)用做出精準(zhǔn)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(jìn)一步發(fā)展的根基,同時也是一位學(xué)者兼技術(shù)人員最高價值的體現(xiàn)。