楊 玲，王 麗

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心行業(yè)對電力的消耗需求巨大，并呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。為響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略，積極采用先進節(jié)能技術(shù)，提升行業(yè)節(jié)能水平，有效降低電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）值，構(gòu)建綠色低碳通信網(wǎng)絡(luò)。中國電信也將貫徹落實黨中央、國務(wù)院決策部署，大力踐行綠色生態(tài)發(fā)展理念。江蘇電信某大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)承接了某高等級互聯(lián)網(wǎng)公司業(yè)務(wù)需求，分兩期建設(shè)，并在機房內(nèi)采用不同的綠色節(jié)能技術(shù)，以達到降低PUE值的目的。選取兩個同等規(guī)模的典型機房模塊進行對比分析，并得出客觀結(jié)論。

1 基本概況

該數(shù)據(jù)中心園區(qū)位于江蘇省蘇州市虎丘區(qū)，共規(guī)劃7個建筑單體，即4個數(shù)據(jù)中心機樓、1個動力中心樓、1個110 kV變電站及1個綜合樓。4號數(shù)據(jù)中心機樓為4層建筑，建筑面積約20 000 m2，主要作為數(shù)據(jù)機房及其配套用房。其2～4層為標(biāo)準(zhǔn)層，共12個機房，可以提供約2 000個機柜，單機柜平均功耗為8 kW。某高級互聯(lián)網(wǎng)公司租用了4號機樓2層、3層、4層共計8個機房，約1 300個機柜，分兩期建設(shè)。一期建設(shè)范圍是2層的4個機房（2A、2B、2C、2D）及3層的2個機房（2C、2D），二期建設(shè)范圍是3層的1個機房（3A）及4層的1個機房（4D）。

2 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

該數(shù)據(jù)中心機樓各機電配套設(shè)備按照《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB 50174—2017）A級機房標(biāo)準(zhǔn)、互聯(lián)網(wǎng)客戶機房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進行配套設(shè)備方案規(guī)劃，具體方案按照兩種標(biāo)準(zhǔn)中更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進行部署，以滿足不同客戶的使用需求[1]。兩個模塊機房的主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對比如表1所示。

表1 機房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對比

3 建設(shè)方案

3.1 工 藝

3.1.1 機 柜

2A、3A機房為標(biāo)準(zhǔn)模塊機房，分別位于4號機樓的2層、3層，單個模塊機房建筑面積約480 m2。2A機房共布置167個機柜，包括163個40 A業(yè)務(wù)機柜（8.8 kW）、2個管理網(wǎng)機柜（4.4 kW）以及2個光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）機柜。3A機房共布置182個機柜，包括178個40 A業(yè)務(wù)機柜（8.8 kW）、2個管理網(wǎng)機柜（4.4 kW）以及2個ODF機柜。

2A、3A機房的機柜數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示。

表2 2A、3A機房機柜數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.1.2 平 面

2A、3A機房分別采用了不同的空調(diào)方案和相同的不間斷電源方案，并依據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB 50174—2017）A級機房標(biāo)準(zhǔn)與互聯(lián)網(wǎng)客戶機房標(biāo)準(zhǔn)控制間距，合理布局機房內(nèi)設(shè)備平面[2]。

2A機房采用列間空調(diào)+封閉熱通道，面對面、背對背布置，間距1 400 mm。與此同時，采用列柜方式給機柜供電，雙路供電列柜分別安裝于列頭、列尾，物理隔離。

3A機房采用新型末端熱管背板制冷形式，貼近熱源直接制冷，面對面、背對背布置，間距1 500 mm。此外，采用列柜方式給機柜供電，雙路供電列柜分別安裝于列頭、列尾，物理隔離。

2A、3A機房的平面布局如圖1、圖2所示。

圖1 2A機房平面布局

圖2 3A機房平面布局

3.1.3 走線架

2A、3A機房梁下凈高4 250 mm，采用上走線方式，走線架全部采用網(wǎng)格橋架。

2A機房主走線架部署信號雙層橋架和電源雙層橋架，距地高度分別為2 600 mm、2 900 mm、3 200 mm、3 500 mm。列走線架位于每列機柜的正上方，采用吊桿對頂固定，信號橋架寬400 mm，距地高度為2 600 mm。電源橋架與信號橋架并列設(shè)置，雙層寬度為 4 00 mm，距地高度分別為 2 600 mm、2 900 mm?？照{(diào)配電橋架位于信號橋架上方，寬度為200 mm，距地高度為3 200 mm。2A機房的剖面布局如圖3所示。

圖3 2A機房剖面布局

3A機房主走線架部署信號雙層橋架和電源雙層橋架，距地高度分別為2 600 mm、2 900 mm、3 200 mm、3 500 mm。列走線架位于每列機柜的正上方，采用一體化模塊框架，信號橋架寬400 mm，距地高度為2 600 mm。電源橋架與信號橋架并排布置，分別位于機柜和背板的正上方，寬度為400 mm，距地高度為2 600 mm?？照{(diào)配電橋架位于混分區(qū)的正上方，寬度為 100 mm，距地高度為 2 500 mm。

3A機房的剖面布局如圖4所示。

圖4 3A機房剖面布局

3.2 電 氣

不間斷電源系統(tǒng)主要有240 V直流系統(tǒng)、-48 V直流系統(tǒng)、交流不間斷電源（Uninterruotible Power Supply，UPS）系統(tǒng)等，包含不間斷電源設(shè)備和后備蓄電池組。不間斷電源系統(tǒng)的配置和選型應(yīng)結(jié)合供電制式、建設(shè)等級、客戶需求、高效節(jié)能等綜合考慮。根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB 50174—2017）中A級機房標(biāo)準(zhǔn)及客戶建設(shè)要求，IT設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)采用2N240 V直流系統(tǒng)。2N容錯系統(tǒng)中相互備用的設(shè)備布置在不同的物理隔間內(nèi)，相互備用的管線沿不同路徑敷設(shè)，符合規(guī)范要求。通信設(shè)備的空調(diào)末端、冷凍水泵需要有不間斷電源系統(tǒng)保障，采用1路市電+1路UPS系統(tǒng)為空調(diào)末端供電[3]。

3.2.1 IT設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)

2A、3A機房為同一高等級客戶機房，為滿足客戶IT設(shè)備的供電需求，均采用6套1 600 A/240 V直流系統(tǒng)及配套蓄電池組，實現(xiàn)雙系統(tǒng)雙路供電。每套1 600 A/240 V直流系統(tǒng)配置2臺整流屏、1臺直流輸出屏、2組600 Ah/240 V蓄電池組以及2臺電池開關(guān)箱，單系統(tǒng)（N配置）滿載后備時長不低于15 min。本項目采用了環(huán)保高功率閥控式密封鉛酸蓄電池。

IT設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)配置如表3所示。

表3 2A、3A機房IT設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)配置表

3.2.2 空調(diào)末端不間斷電源系統(tǒng)

2A、3A機房均為為同一高等級客戶機房，為了滿足客戶空調(diào)末端設(shè)備的供電需求，均采用1路市電+1路UPS配電方式。空調(diào)末端切換，空調(diào)配電柜應(yīng)能實現(xiàn)消防聯(lián)動功能。2A機房配置2套600 kVA UPS系統(tǒng)（單機），為2層機房內(nèi)末端空調(diào)提供電源保障。3A機房配置2套600 kVA UPS系統(tǒng)（單機），為3層機房內(nèi)末端空調(diào)提供電源保障。每套600 kVA UPS系統(tǒng)（單機）配置1臺600 kVA UPS主機、2臺交流輸出屏、2組500 Ah/480 V蓄電池組以及1臺電池開關(guān)柜，單系統(tǒng)（N配置）滿載后備時長不低于 15 min。

空調(diào)末端不間斷電源系統(tǒng)配置如表4所示。

表4 2A、3A機房空調(diào)末端不間斷電源系統(tǒng)配置

3.3 暖 通

數(shù)據(jù)中心高負荷、高密度以及高顯熱比的冷負荷需求特性促使制冷系統(tǒng)設(shè)備能效不斷提升，設(shè)備形式多樣化[4]。充分考慮自然冷源應(yīng)用，從而達到數(shù)據(jù)中心低PUE值要求[5]。

2A、3A機房為同一高等級客戶機房，單機柜平均功耗8.8 kW，分別采用不同的空調(diào)末端形式，以到達綠色節(jié)能效果。針對高等級客戶的高功耗機架，標(biāo)準(zhǔn)機房模塊可以根據(jù)機架功率和客戶具體要求排布冷凍水列間空調(diào)+封閉熱通道形式。列間空調(diào)從前部出風(fēng)，水平吹向兩側(cè)的機柜，經(jīng)過機柜前門并對IT設(shè)備制冷后，經(jīng)機柜后門再回風(fēng)到空調(diào)后部。氣體輸送距離短，風(fēng)機電功率小，采用封閉熱通道措施能有效優(yōu)化氣流組織，減少混風(fēng)損失。

列間空調(diào)+封閉熱通道建設(shè)方式的優(yōu)點包括節(jié)約能耗、末端空調(diào)緊靠熱源、送風(fēng)與回風(fēng)路徑短、冷量損失少、部署靈活以及建設(shè)周期短等，適用于中高功耗機房。與此同時，該建設(shè)方式存在一定漏水風(fēng)險，對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高造價較高。

2A機房列間空調(diào)采用單個通道N+X備份，機房濕度采用濕膜加濕與恒濕機獨立控制，節(jié)能降耗。2A機房空調(diào)設(shè)備布置如表5所示。

表5 2A機房空調(diào)末端設(shè)備配置

針對高等級客戶的高功耗機架，標(biāo)準(zhǔn)機房模塊也可以根據(jù)機架功率和客戶具體要求排布熱管背板空調(diào)末端形式，貼近熱源制冷。熱管背板末端中的液態(tài)制冷劑吸收熱空氣的熱量后沸騰并轉(zhuǎn)換成蒸汽狀態(tài)，蒸汽狀態(tài)的制冷劑在自身壓差作用下被輸送至機房外的換熱器，并在換熱器中重新被冷卻成液態(tài)制冷劑，回流至熱管背板末端。采用熱管背板空調(diào)，將換熱器放置在空調(diào)區(qū)，同時采用雙路接管，水管不進入機房區(qū)，氟管進入機房區(qū)，確保主機房設(shè)備的安全運行。由于此次每列機柜較長，因此對前端和后端合理分區(qū)，避免制冷劑分布不均的情況發(fā)生。

熱管背板建設(shè)方式的優(yōu)點包括無進水隱患、不占機柜位、提高機房出架率以及后期建設(shè)靈活等。目前，該建設(shè)方式已在江蘇電信完成試點工作，但在定制化機房還未大規(guī)模應(yīng)用。參考傳統(tǒng)試點機房的建設(shè)價格，熱管背板建設(shè)方式的投資約為普通空調(diào)建設(shè)模式（地板下送風(fēng)+冷通道封閉）的1.5倍。

3A機房熱管背板采用2N備份，機房濕度采用濕膜加濕與恒濕機獨立控制，節(jié)能降耗。3A機房空調(diào)設(shè)備布置如表6所示。

表6 3A機房空調(diào)末端設(shè)備配置

3.4 智能化系統(tǒng)

2A、3A機房均為客戶機房，智能化系統(tǒng)均包含綜合布線系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。其中，2A機房還包含機房內(nèi)微模塊監(jiān)控。機房頂面均設(shè)置LED平板燈，地面采用防靜電環(huán)氧地坪，墻面采用白色無機涂料。

3.5 建設(shè)方式性能對比

兩種空調(diào)末端節(jié)能建設(shè)方式的性能對比如表7所示。

表7 兩種空調(diào)末端節(jié)能建設(shè)方式的性能對比

4 建設(shè)投資及節(jié)能效果

4.1 建設(shè)投資

2A、3A機房建設(shè)投資如表8所示。

表8 2A、3A機房建設(shè)投資對比

4.2 節(jié)能效果

局部 PUE（partial PUE，pPUE）是對數(shù)據(jù)中心PUE的延伸，主要針對數(shù)據(jù)中心的局部區(qū)域進行能效評估，計算公式為

式中：PN代表局部非IT設(shè)備的能耗；PIT代表局部IT設(shè)備的能耗。

根據(jù)式（1），2A機房的PPUE=(2.5×35+8.8×167)/(8.8×167)=1.06，3A機房的PPUE=(0.2×182+8.8×182)/(8.8×182)=1.02。由此可見，采用熱管背板技術(shù)的機房局部PUE略低于采用列間空調(diào)+熱通道封閉技術(shù)的機房。

5 結(jié) 論

綜上所述，針對高等級客戶機房，當(dāng)單機柜功率為6～12 kW時，可以采取列間空調(diào)+熱通道封閉或者熱管背板技術(shù)。相比列間空調(diào)+熱通道封閉技術(shù)，采用熱管背板技術(shù)的造價更低且節(jié)能效果更優(yōu)。