金培祁 陳養(yǎng)輝

(1.中國電信股份有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000;2.中興通訊股份有限公司 浙江杭州 310012)

2020 年，國家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》，意見明確指出為推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展，要集中力量建設(shè)全國算力樞紐體系。一體化大數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)、云、大數(shù)據(jù)、人工智能和網(wǎng)絡(luò)安全融為一體，國家和地方分別出臺(tái)政策引導(dǎo)大型數(shù)據(jù)中心向樞紐集群聚集建設(shè)。預(yù)計(jì)到2023年底，算力樞紐節(jié)點(diǎn)規(guī)模將達(dá)到70%。構(gòu)建低碳綠色的高質(zhì)量算力服務(wù)體系，加快數(shù)據(jù)中心“雙碳”目標(biāo)落地，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)緊盯節(jié)能技術(shù)發(fā)展，結(jié)合用戶需求和業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，不斷對各項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行積極評估，在試點(diǎn)一體化電源、高壓直流、巴拿馬電源、液冷、熱管多聯(lián)、空氣處理機(jī)組（Air Handling Unit，AHU）等方面加大探索的同時(shí)，更需要對數(shù)據(jù)中心本身的保溫技術(shù)與保溫材料進(jìn)行重新關(guān)注。中國電信以浙江創(chuàng)新園項(xiàng)目為載體，積極試驗(yàn)探索陶瓷真空微珠氣保溫隔熱涂層技術(shù)新材料在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，創(chuàng)建綠色節(jié)能環(huán)保的算力中心。

1 數(shù)據(jù)中心對節(jié)能要求的趨勢和特點(diǎn)

工業(yè)和信息化部發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2013年）》中指出，建設(shè)的新型數(shù)據(jù)中心要為經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字轉(zhuǎn)型提供支撐，要牢牢把握以智能升級、融合創(chuàng)新為導(dǎo)向。計(jì)劃明確提出要打造的新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展格局要呈現(xiàn)綠色低碳、技術(shù)先進(jìn)、布局合理、算力規(guī)模與數(shù)字經(jīng)濟(jì)增長相適應(yīng)[1]。

為適應(yīng)國家對數(shù)據(jù)中心的規(guī)范化的要求各地相繼出臺(tái)了一系列節(jié)能增效的政策和指導(dǎo)意見，各地的數(shù)據(jù)中心呈現(xiàn)出PUE（PUE 值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT 負(fù)載消耗的能源之比）逐步降低、能源利用率逐步提高。例如：深圳市提出重點(diǎn)能效單位建設(shè)的數(shù)據(jù)中心要提供可視化的能耗在線管理系統(tǒng)，統(tǒng)一全部接入全省能耗管理平臺(tái)，同時(shí)對于存量改造的數(shù)據(jù)中心要以高能效代替低能效、以大規(guī)模代替小規(guī)模、以新技術(shù)代替陳舊技術(shù)；上海市要求新建數(shù)據(jù)中心PUE嚴(yán)格控制在1.3以內(nèi)，存量改造數(shù)據(jù)中心PUE不得超過1.4 的指標(biāo)；北京市已經(jīng)全面提出對PUE 值在1.4 以上新建和擴(kuò)建互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)、存儲(chǔ)支持和信息處理服務(wù)禁止新建和擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心[2]。

目前，針對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減碳技術(shù)，行業(yè)關(guān)注重點(diǎn)是電源、空調(diào)能效，主要措施為高耗能老舊空調(diào)更新，引入高效節(jié)能技術(shù)，對電源、空調(diào)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改進(jìn)。但隨著設(shè)備類節(jié)能技術(shù)的不斷應(yīng)用，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心PUE 水平的難度加大，行業(yè)需要重新關(guān)注建筑本身的節(jié)能技術(shù)，重點(diǎn)為外墻保溫技術(shù)與主機(jī)房的保溫技術(shù)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)架設(shè)備作為能耗大的設(shè)備，除了機(jī)架設(shè)備的能耗外，設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的高熱量的制冷和冷卻也占能耗的很大比例。因數(shù)據(jù)中心機(jī)房全年不間斷運(yùn)行，機(jī)房內(nèi)制冷設(shè)備也需同時(shí)維護(hù)著機(jī)房的制冷和冷卻。無論是從機(jī)房的節(jié)能制冷和恒溫的角度，還是為了防止建筑內(nèi)相鄰的不同功能的房間因溫差而凝結(jié)，數(shù)據(jù)機(jī)房維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫方法都是必不可少的。從綠色數(shù)據(jù)中心建筑的節(jié)能方面考慮，數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)計(jì)中要從建筑熱工采用節(jié)能措施，尤其是在裝飾材料選擇上，產(chǎn)品一定要采用絕熱性能好的，如在內(nèi)襯吸音保溫材料的鋁合金微孔吊頂、墻面彩鋼板上重點(diǎn)考慮，從而避免能源的散失[3]。

2 數(shù)據(jù)中心主機(jī)房保溫現(xiàn)狀與痛點(diǎn)

建筑能耗占全球最終總能耗的36%，由此產(chǎn)生的碳排放幾乎占碳排放總量的40%。建筑運(yùn)行能耗、建材的隱含和運(yùn)輸碳排放都對碳排放總量有貢獻(xiàn)。據(jù)《中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)2020年研究報(bào)告》表明：2018年全國建筑全壽命周期碳排放總量占全國能源碳排放總量的51.2%，其中，建筑運(yùn)行階段碳排放占建筑全壽命周期碳排放總量的42.8%，占全國能源碳排放總量的21.9%。建筑運(yùn)行階段的節(jié)能已成為建筑碳減排的重要組成部分[4]。

目前，國內(nèi)主流使用的傳統(tǒng)建筑墻體保溫材料是巖棉，其次是苯板和擠塑板等材料。本文以中國電信浙江創(chuàng)新園項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目地處比較典型的夏熱冬冷區(qū)域，在保證基本氣溫氣候條件下，減少陽光透窗視影面積，但要保證門窗的氣密性。項(xiàng)目通過實(shí)施如加裝密封條等措施來改進(jìn)門窗產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以此提高門窗氣密性，同時(shí)利用其他手段來改善建筑的保溫性能從而有效緩解建筑物的冷熱負(fù)荷。由于數(shù)據(jù)中心大多建筑都是一次性建設(shè)，機(jī)電配套工程都為按需建設(shè)，所以存在機(jī)房間的溫差，導(dǎo)致主機(jī)房冷凝現(xiàn)象的產(chǎn)生。而在土建施工中已經(jīng)完成頂面煙感與溫感火災(zāi)探測器，硅酸鈣板加巖棉的施工需要拆除探測器，保溫層施工復(fù)雜度也大大增加，對工程整體進(jìn)行管理增加難度。

數(shù)據(jù)中心建筑物本身不產(chǎn)生溫度，但數(shù)據(jù)中心的溫度會(huì)伴隨著周邊自然環(huán)境對建筑物體的傳導(dǎo)滲透發(fā)生變化，但要明確建筑節(jié)能不等同于給數(shù)據(jù)中心穿棉襖，也不是穿厚點(diǎn)節(jié)能效果會(huì)更好。數(shù)據(jù)中心目前主流保溫屋面呈自下而上的基本構(gòu)造：現(xiàn)澆鋼筋砼屋面板20厚1∶3水泥砂漿找平、一道聚氨酯防水涂料、泡沫混凝土墊層。K（屋頂傳熱系數(shù)）=1/Ro=0.70 W/（m2·k），滿足《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）和《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021）中的規(guī)定[5]。外墻是自內(nèi)而外的基本構(gòu)造：240厚蒸壓加氣混凝土砌塊外貼保溫裝飾一體板（20厚巖棉），外墻、結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)柱等外墻構(gòu)建權(quán)衡計(jì)算后，K=1/Ro=0.88 W/（m2·k），滿足《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021）和《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）中K≤1.1 W/（m2·k）的規(guī)定[6]。

3 數(shù)據(jù)中心主機(jī)房保溫新材料的探索與實(shí)踐

作為中國電信在浙江數(shù)據(jù)中心行業(yè)的標(biāo)桿工程，中國電信浙江創(chuàng)新園項(xiàng)目在施工建設(shè)中，積極同行業(yè)保溫廠家交流與探討，研究探索噴涂施工工藝在保溫工程上的應(yīng)用，經(jīng)過長時(shí)間的研究與試驗(yàn)，積極推進(jìn)陶瓷真空微珠氣保溫隔熱涂層技術(shù)新材料在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用實(shí)踐。作為一種新型建筑節(jié)能技術(shù)材料，陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層，是基于熱工原理的基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，針對自然環(huán)境中太陽輻射所產(chǎn)生不同波長對建筑物的影響進(jìn)行分析[7]，將太陽光所發(fā)射出輻射波的中0.2～8 μm長波段的熱力波阻隔掉（該波段占太陽輻射熱量的90%以上），同時(shí)用含有陶瓷真空微珠和氣凝膠為主材的薄體保溫隔熱材料，在外表面噴涂后形成矩陣真空結(jié)構(gòu)層，形成一道物理阻隔結(jié)構(gòu)層隔斷了自然環(huán)境中的熱輻射對建筑物墻體傳導(dǎo)和滲透，具體見圖1。

圖1 陶瓷真空微珠矩陣真空結(jié)構(gòu)圖

陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層由陶瓷真空微珠、氣凝膠等主要材料組成，分為兩道材料工序具體見圖2。A道材料主要起到兩個(gè)作用：第一，滲入墻體充填混凝土表層孔隙或毛細(xì)孔隙，阻止外界的酸性氣體、有害水、二氧化碳等物質(zhì)的侵入，強(qiáng)化基面；第二，A道材料提供親水基團(tuán)，與B道材料生成剛性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，B 道材料還含有改性苯丙乳液，且干燥后形成柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，剛性網(wǎng)絡(luò)與乳液固化形成的柔性網(wǎng)絡(luò)穿插交織，可使主要起到保溫作用的第二組分牢固地附著在建筑墻面。

圖2 保溫隔熱層作用圖

B 道材料含有高含量的陶瓷真空微珠與氣凝膠，對建筑外墻起到隔熱保溫的作用。同時(shí)，形成穩(wěn)定的透氣網(wǎng)膜，能阻止外界有害物質(zhì)對墻體的侵害，允許有害水汽的向外擴(kuò)散，不易起皮脫落，耐用性持久。

4 新型保溫材料的優(yōu)勢與自身技術(shù)特點(diǎn)

4.1 對比傳統(tǒng)材料

與傳統(tǒng)建筑保溫材料相比，陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層材料不空鼓、不開裂、不剝落、A1 級燃燒性能，并且材料組分多為無機(jī)材料，施工成型之后能長期保持性能的穩(wěn)定、可靠。實(shí)際施工以噴涂的方式為主，與傳統(tǒng)材料的批刮或安裝相比，大大降低了施工難度，縮短了工程周期，具體情況見表1。材料施工完成后，可形成連續(xù)性界面，改善冷熱橋。能夠適應(yīng)各類邊角與異型部位；材料具有彈性，拉伸性能卓越；粘結(jié)性強(qiáng)，適應(yīng)不同基層[8]。

表1 與傳統(tǒng)建筑保溫材料對比的主要優(yōu)勢

4.2 自身技術(shù)特點(diǎn)

新型材料自身的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)有很多，總結(jié)為“五防三省”，具體如下。

4.2.1 五防

（1）防火。涂層中含有大量憎水材料，通過封閉墻體基層的細(xì)小裂紋，給墻體增加一道防水性能的“保護(hù)衣”。

（2）防水。陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層通過國檢中心的燃燒性能指標(biāo)檢測，達(dá)到A1 級燃燒性能，具備在外墻、內(nèi)墻及樓板使用的安全性。

（3）防裂。陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層具有一定韌性，根據(jù)國檢中心建材院的檢測，涂層的斷裂伸長率達(dá)190%以上，能有效防止涂層開裂。

（4）防霉。材料組分均為無機(jī)材料，只在特定的高溫、高壓環(huán)境下才會(huì)發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)。施工成型之后能長期保持性能的穩(wěn)定及可靠。

（5）防脫落。具有超強(qiáng)的粘結(jié)性能，能夠適應(yīng)各類基層的同時(shí)，采用了薄體保溫技術(shù)，自重極輕，從而杜絕了脫落狀況的產(chǎn)生。

4.2.2 三省

（1）省工期。陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層采用噴涂施工，施工方便快捷；同時(shí)采用了快干技術(shù)，A道2 h即可表干，噴完B 道養(yǎng)護(hù)2～3 d 即可后續(xù)施工，可縮短工期70%及以上。

（2）省人力。陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層施工采用方便的噴涂方式，通常兩個(gè)工人可施工500～1 000 m2/d。因此，對于相同面積的工程來說，可以顯著減少人員需求，降低人力成本。

（3）省成本。陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層的材料為預(yù)制桶裝，具有易運(yùn)輸、堆場小、無損耗、施工快、人力少等特點(diǎn)。同等保溫性能下，較傳統(tǒng)保溫材料，可降低綜合成本10%～15%。

5 保溫技術(shù)研究新材料在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用前景

以中國電信浙江創(chuàng)新園項(xiàng)目為實(shí)踐，積極探索數(shù)據(jù)中心保溫技術(shù)研究新材料應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心建筑本身和主機(jī)房的維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料使用量非常大，而服務(wù)器、交換機(jī)等信息系統(tǒng)防火要求又極為嚴(yán)苛，在過去的10年中，數(shù)據(jù)中心為確保能源效率和可靠性做出了相當(dāng)大的努力。目前，由于信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)中心建設(shè)也在不斷增加以滿足這一需求。保證可靠性和效率的關(guān)鍵之一是保溫材料的選擇[9]。

6 結(jié)語

“陶瓷真空微珠保溫隔熱涂層”技術(shù)材料，保溫隔熱的性能優(yōu)異、材質(zhì)輕薄、施工簡便，且全組分采用無機(jī)材料制成，無毒、無害、無甲醛揮發(fā)，達(dá)到綠色建材三星級標(biāo)準(zhǔn)。在國家綠色建筑的大背景下，市場前景一片大好。本文探索與實(shí)踐的陶瓷真空微珠氣保溫隔熱涂層技術(shù)新材料，針對數(shù)據(jù)中心保溫材料的選擇和具體做法進(jìn)行全面的剖析和闡述，并為今后數(shù)據(jù)中心保溫材料提供理論支持和借鑒意義。