于海英，黨曉光，李嘉鈺，楊曉晴（北京電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 研究背景

目前，我國將“碳達峰、碳中和”上升為國家戰(zhàn)略，提出“國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略——東數(shù)西算”工程項目，并頒布了多條關(guān)于數(shù)據(jù)中心、新基建的政策和指導(dǎo)意見，各級政府、企業(yè)以實際行動踐行雙碳目標。

2022 年8 月工信部等七部門在《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動計劃（2022—2025）》中明確提出加快重點設(shè)施綠色升級。聚焦數(shù)據(jù)中心、通信基站、通信機房3類重點設(shè)施，以全方位全過程的集約化布局、高效化設(shè)計、綠色化建設(shè)、低碳化技術(shù)、智能化運維為手段，加強數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌布局，推動基站主設(shè)備及配套設(shè)施節(jié)能技術(shù)的運用推廣，加快核心通信機房綠色低碳化重構(gòu)。到2025 年，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）降到1.3 以下，5G 基站能效提升20%以上，改建核心機房PUE降到1.5以下。

此外，國家重點城市陸續(xù)出臺了關(guān)于數(shù)據(jù)中心能耗的相關(guān)政策。其中，北京市發(fā)改委《關(guān)于印發(fā)進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》中對不同規(guī)模的數(shù)據(jù)中心提出了明確的PUE 要求，并在此基礎(chǔ)上對PUE 高于1.4 的數(shù)據(jù)中心實施差別電價，最多每度電加價0.5元。

中國聯(lián)通發(fā)布《“碳達峰、碳中和”十四五行動計劃》，提出通過實施“3+5+1+1”行動計劃，力爭到2023年能源消費總量增幅達到峰值，2028 年碳排放總量提前達峰，改造類IDC 機房PUE 值為1.40 以下。通信機房改造DC化，參考IDC建設(shè)標準。

為了響應(yīng)國家、北京市、中國聯(lián)通發(fā)布的雙碳節(jié)能政策，對運營商存量通信機房進行了調(diào)研分析?，F(xiàn)有機房空調(diào)設(shè)備多數(shù)為變頻風(fēng)冷直膨空調(diào)和氟泵定頻風(fēng)冷直膨空調(diào)，少部分為房間級空調(diào)+熱管空調(diào)，主要問題是節(jié)能效果不明顯、設(shè)備種類較少、PUE 值在1.8～2.0，節(jié)能降耗空間很大。在此基礎(chǔ)上，分析空調(diào)前沿技術(shù)，選定應(yīng)用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)作為研發(fā)方向，形成行業(yè)創(chuàng)新產(chǎn)品，推動IDC 機房、通信機房在雙碳領(lǐng)域節(jié)能降耗，形成行業(yè)領(lǐng)先或國內(nèi)首創(chuàng)的技術(shù)成果。

2 MHU空調(diào)的研發(fā)

間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)是利用干燥空氣自然濕能可再生能源，借助環(huán)境空氣中干球溫度與濕球溫度的溫差，通過水與空氣之間的熱濕交換來獲取冷量的一種環(huán)保、高效、經(jīng)濟的冷卻方式。近幾年，作為一種技術(shù)路線，間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)在新建數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)中逐步得到應(yīng)用推廣，尤其是受到國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的青睞，在國內(nèi)北至烏蘭察布、張家口，南至廣東清遠、深圳，西至川西、貴州等地都有了應(yīng)用案例。但是現(xiàn)有存量通信機房、數(shù)據(jù)中心機房限制條件多、改造難度大、場景復(fù)雜、PUE 值高，對間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)限制大，所以通信運營商還沒有在機房改造中實際應(yīng)用該技術(shù)。針對上述問題，本文研發(fā)與創(chuàng)新了小型化間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于通信運營商現(xiàn)有機房的改造。

MHU 空調(diào)采用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，與現(xiàn)有AHU設(shè)備相比有很大改進。現(xiàn)有AHU 設(shè)備尺寸大，制冷量一般集中在200 kW 以上，尚沒有100 kW 以下的機型。經(jīng)過對大量現(xiàn)有機房的調(diào)研，總結(jié)其建筑共性，針對產(chǎn)品節(jié)能降耗能力、小型化、系列化、場景化進行研發(fā)。MHU 空調(diào)適用于新建、改造的數(shù)據(jù)中心、IDC 機房、通信機房、邊緣計算機房。

MHU 空調(diào)機組由高效換熱芯體、噴淋裝置、室內(nèi)側(cè)風(fēng)機、室外側(cè)風(fēng)機、高效機械制冷補充裝置、控制系統(tǒng)等組成，其優(yōu)勢主要包括以下幾個方面。

a）結(jié)構(gòu)緊湊。MHU 空調(diào)能夠一對一取代現(xiàn)有單元式風(fēng)冷直膨空調(diào)，更節(jié)省空間，出柜率更高。MHU空調(diào)結(jié)構(gòu)緊湊，有室內(nèi)整體式機型和室外整體式機型，本身占地面積約為3.8 m2，遠小于風(fēng)冷直膨空調(diào)。

b）適用性強。針對現(xiàn)有機房布局特點進行了研發(fā)優(yōu)化，MHU 空調(diào)設(shè)備可以安裝在機房樓頂、冷凝器平臺或空調(diào)機房內(nèi)，采用地板下送風(fēng)/側(cè)墻彌散式送風(fēng)+吊頂熱區(qū)封閉回風(fēng)的方式，適用于不同的機房場景。特別是周邊有居民區(qū)的機房，安裝在室內(nèi)可以解決噪聲擾民問題。

c）節(jié)能降耗能力顯著。MHU 空調(diào)有干模式、濕模式和混合模式3 種運行模式，干模式：僅風(fēng)機運行，完全采用自然冷卻；濕模式：風(fēng)機和噴淋水泵運行，利用噴淋冷卻后的空氣換熱；混合模式：風(fēng)機、噴淋水泵、壓縮機同時運行。MHU 空調(diào)的自然冷卻時間為近5 000 h，可大量減少壓縮機運行時間，使北京地區(qū)數(shù)據(jù)中心的PUE值達到1.15以下。同時，MHU空調(diào)利用水噴霧形成水膜，可以減少用水量，降低WUE。

d）生產(chǎn)安裝迅速。MHU 空調(diào)采用一體化設(shè)計，工廠預(yù)制模塊化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝時只需連接風(fēng)管和水管，建設(shè)周期縮短1/3。

e）運維方便。MHU 空調(diào)可實現(xiàn)一地運維，同時，采用免維護芯體并具有反沖洗自潔功能，只需要更換空調(diào)風(fēng)道濾網(wǎng)，減少了后期機房運維工作量，TCO 運維更低。

除了以上特點外，MHU 空調(diào)和水冷集中空調(diào)相比，可以按客戶需求分機房建設(shè)、分期投資，減輕節(jié)能降耗的投資壓力，并可以避免機房上架率浮動對PUE的影響。

3 MHU空調(diào)的應(yīng)用試點

為了驗證MHU空調(diào)的各項性能，項目組聯(lián)合了北京聯(lián)通進行應(yīng)用試點，該試點機房屬于匯聚機房，位于北京市豐臺區(qū)某局點。該局點地上5 層，試點機房位于2 層，機柜數(shù)量為83 架，包括4G 設(shè)備、OLT 設(shè)備、NGN設(shè)備、傳輸設(shè)備等，瞬時功率為91.18 kW。

3.1 空調(diào)現(xiàn)狀

現(xiàn)有機房空調(diào)為風(fēng)冷直膨式機房空調(diào)，共3臺，單臺制冷量為70 kW，室外機位于同層室外機平臺?？照{(diào)為全年24 h 定頻運行，無自然冷卻，能耗較高，PUE值在1.8以上。空調(diào)送/回風(fēng)溫度為25 ℃/32 ℃，空調(diào)風(fēng)量為20 160 m3/h，空調(diào)運行時間超過10 年，已到報廢更新期限。

3.2 機房內(nèi)存在的其他問題

a）機房內(nèi)無冷、熱通道，OLT 設(shè)備緊貼布置。前端排風(fēng)直接進到IT 機柜進風(fēng)口，機房設(shè)備的進風(fēng)和出風(fēng)通道混用，房間的流線混亂。機柜內(nèi)部IT 設(shè)備的進出風(fēng)口位置不同，造成通過機柜進出風(fēng)口的冷量不同。兩列設(shè)備之間的間距較?。?00 mm），造成局部熱點。

b）氣流組織紊亂，無冷熱分區(qū)，機柜進風(fēng)樣式有多種。機柜進出風(fēng)有前進后出、側(cè)進測出、下進上出等方式?？照{(diào)氣流組織為機柜底部向上送風(fēng)，機柜設(shè)備自身遮擋送風(fēng)線路和風(fēng)速，光纜安裝位置影響送風(fēng)。

3.3 改造方案

拆除現(xiàn)有機房空調(diào)，采用3 臺制冷量為70 kW 的間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組逐一替換現(xiàn)有風(fēng)冷直膨機房空調(diào)，按照2 用1 備運行，MHU 機組為室外整體式，安裝在室外機平臺。本次試點機房不對IT 設(shè)備及氣流組織進行改造，以便對更換空調(diào)前后PUE 值的變化進行研究，驗證MHU空調(diào)的節(jié)能效果。

根據(jù)CFD 氣流組織模擬，MHU 空調(diào)按室內(nèi)送風(fēng)溫度為25 ℃、回風(fēng)溫度為32 ℃、空調(diào)冷量為70 kW 進行設(shè)備選型，MHU規(guī)格型號如表1所示。

表1 MHU規(guī)格型號

因未對機房末端存在的問題進行整改，僅更換了空調(diào)，經(jīng)測算MHU 空調(diào)PUE 值為0.176，每年節(jié)省電費55%以上。

4 結(jié)論

MHU 空調(diào)已經(jīng)獲得國家專利，試點機房正在建設(shè)安裝中，通過后期對試點機房數(shù)據(jù)的實測，可以完成對空調(diào)各項性能的檢驗。2023 年將在此基礎(chǔ)上對MHU空調(diào)系列化、智能運維進行進一步研發(fā)。

由于通信運營商存量機房有大量的節(jié)能改造需求，MHU 空調(diào)有良好的市場應(yīng)用前景，可以加快通信機房綠色低碳化重構(gòu)，助力通信行業(yè)雙碳計劃落地。