截止2017年底，我國(guó)數(shù)據(jù)中心年耗電量超過(guò)全社會(huì)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(guó)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(wèn)題亟待解決。
審視特殊行業(yè)領(lǐng)域
“有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是不合理的”，中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司教授級(jí)高工李紅霞在近期某次會(huì)議上表態(tài)。這個(gè)否定的對(duì)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(yíng)建筑設(shè)計(jì)里，從根本上混淆了這兩種不同的場(chǎng)所對(duì)空調(diào)設(shè)備的個(gè)性化需求。
而對(duì)于設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，所建數(shù)據(jù)中心的實(shí)際用途，以及建設(shè)單位的根本訴求都是需要在設(shè)計(jì)初期完全了解掌握的。
數(shù)據(jù)中心建筑外觀(guān)形象比較簡(jiǎn)單，可類(lèi)比為一個(gè)火柴盒。其內(nèi)部系統(tǒng)包括機(jī)房、動(dòng)力站、冷卻塔、冷凍站、配電柜，整個(gè)系統(tǒng)都是為機(jī)房的數(shù)據(jù)服務(wù)。
以某一個(gè)真實(shí)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(jí)，從主要投資部分各項(xiàng)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(gè)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(yùn)行，需全天24 h制冷運(yùn)行?？照{(diào)系統(tǒng)是一個(gè)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(jì)空調(diào)系統(tǒng)、降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本，對(duì)IDC機(jī)房的建設(shè)、運(yùn)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(jì)部門(mén)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?！崩罴t霞在會(huì)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(shí)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(diǎn)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(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(duì)三者的能耗、投資、運(yùn)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(yùn)行效率較高，能實(shí)現(xiàn)更低PUE。傳統(tǒng)風(fēng)冷精密空調(diào)能實(shí)現(xiàn)靈活配置、分期部署，但是運(yùn)行效率較低，機(jī)房PUE較高，室外機(jī)占地面積大，其特點(diǎn)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(yùn)行時(shí)間、合理設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)方和項(xiàng)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(gè)小于2 000個(gè)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心為例，集中空調(diào)每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用200萬(wàn)～300萬(wàn)元，耗水20萬(wàn)m3。而分散空調(diào)系統(tǒng)每年僅需不到100萬(wàn)元運(yùn)行費(fèi)用。因此從運(yùn)維成本來(lái)看，分散空調(diào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。
總的來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)根據(jù)國(guó)家節(jié)能、環(huán)保的相關(guān)要求，在滿(mǎn)足機(jī)房安全生產(chǎn)的前提下，綜合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的投資和運(yùn)行費(fèi)用，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)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(shí)應(yīng)考慮水資源不足的風(fēng)險(xiǎn)，提前做好水資源專(zhuān)項(xiàng)評(píng)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)。
推敲合理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通信建筑空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到建筑設(shè)計(jì)、工程管理、通信設(shè)備實(shí)施、運(yùn)行維護(hù)等多個(gè)方面。一旦忽視某一點(diǎn)都會(huì)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(diǎn)規(guī)范性建議：第一，在實(shí)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(hù)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(jì)中應(yīng)充分考慮分期建設(shè)實(shí)施的情況，以備在后期的服務(wù)器安裝時(shí)，根據(jù)客戶(hù)實(shí)際需要功率作相應(yīng)快速、便利地調(diào)整。第三，在滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求條件下，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)單越好，方便后期運(yùn)維時(shí)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(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)確保適宜的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不可過(guò)度強(qiáng)調(diào)保溫，同時(shí)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(zhǎng)自然冷卻時(shí)間，提高制冷機(jī)的COP。精細(xì)運(yùn)行合理節(jié)能的空調(diào)設(shè)計(jì)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(yùn)行。
在技術(shù)領(lǐng)域之外，李紅霞提醒設(shè)計(jì)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(gè)經(jīng)濟(jì)合理的平衡點(diǎn)?！?/p>
在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的推動(dòng)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(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用做出精準(zhǔn)分析，針對(duì)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的問(wèn)題，深刻闡釋了數(shù)據(jù)中心空調(diào)選型、運(yùn)維、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。力求讓空調(diào)系統(tǒng)契合使用場(chǎng)所的特殊需要，在節(jié)能、穩(wěn)定和建設(shè)過(guò)程中的靈活性上獲得優(yōu)化，為行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)切實(shí)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(shí)也是一位學(xué)者兼技術(shù)人員最高價(jià)值的體現(xiàn)。
