當(dāng)前我國正在推進(jìn)“新基建”及“東數(shù)西算”工程，國家政策及行業(yè)協(xié)會等層面均陸續(xù)推出了更為嚴(yán)格的數(shù)據(jù)中心能耗管控要求。如工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》提出，到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE（能源利用效率）降到1.3以下。對于2010年至2016年期間建成投產(chǎn)的老舊數(shù)據(jù)中心，正面臨著產(chǎn)品技術(shù)老舊、能耗居高不下、進(jìn)駐客戶逐步搬離流失和運營成本增加及效益銳減的尷尬處境。在一線城市一些年均PUE高、在網(wǎng)時間長的小散老舊數(shù)據(jù)中心有被政策要求逐步關(guān)停騰退的風(fēng)險。

如何有效實現(xiàn)老舊大型數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降本和挖潛創(chuàng)收已經(jīng)成為絕大多數(shù)項目投資方或數(shù)據(jù)中心運營商不得不考慮的痛點迫切問題。本文以具體實操案例為切入點，著重研究了針對老舊典型的大型數(shù)據(jù)中心切實可行且富有成效的精細(xì)化運維和節(jié)能挖潛策略方案，并給出了成效測算分析，具有一定的指導(dǎo)意義和推廣價值。

1 某老舊大型數(shù)據(jù)中心運營現(xiàn)況

當(dāng)前國內(nèi)數(shù)據(jù)中心運營商大多以10年作為全生命周期的投資盈利測算或場地租賃期限。國內(nèi)5年前建設(shè)投產(chǎn)，至今仍在運轉(zhuǎn)的大型數(shù)據(jù)中心都或多或少存在產(chǎn)品技術(shù)及系統(tǒng)架構(gòu)隔代、運維管理粗放、上架率不高、實際單機(jī)柜功率低于或高于設(shè)計值、供配電系統(tǒng)帶載率偏低、過度供冷、局部熱點高發(fā)、設(shè)備壽命縮短、年均PUE居高不下（上架期更明顯）等一系列突出的痛點問題［1，2］。

以某老舊大型數(shù)據(jù)中心為例，前后三期歷時3年建成，現(xiàn)已運行3年多，基本情況見表1。

通過實地調(diào)研和基本分析，該項目屬于國內(nèi)典型的傳統(tǒng)地板下送風(fēng)+水冷冷水主機(jī)制冷架構(gòu)+中低功率密度機(jī)柜模式，由于設(shè)計和實際運營上架之間的偏差，加上缺乏精細(xì)化運維管理，可以推斷該項目仍然存在較大的節(jié)能及挖潛空間。

2 節(jié)能降本方案及成效分析

國內(nèi)早期傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在設(shè)計建設(shè)階段往往對業(yè)務(wù)上架分析不足或規(guī)劃設(shè)計上缺乏一定的彈性，交付運營后的1~3年內(nèi)因進(jìn)駐客戶少、缺乏科學(xué)合理的上架布局規(guī)劃或精細(xì)化運維管控，導(dǎo)致大部分項目年均PUE居高不下，總體運營成本偏高、收益縮減，本項目也存在類似問題。本文以安全可行為前提、以降本增效為目的，對該項目給出了9個節(jié)能舉措及其成效測算。

2.1 提高UPS系統(tǒng)的帶載率

由于當(dāng)前IT負(fù)載上架不足導(dǎo)致UPS系統(tǒng)帶載率普遍偏低，并機(jī)系統(tǒng)全開啟情況下單機(jī)帶載率低于20%的居多，因此UPS系統(tǒng)損耗存在節(jié)約空間。有必要通過關(guān)閉部分IT用的及動力用的UPS主機(jī)，按照季度熱備輪休方式來提升并機(jī)系統(tǒng)帶載率（85%是主流上限值），即總共可關(guān)閉36臺UPS，保守估計可節(jié)約的系統(tǒng)損耗負(fù)載約1404kVA（UPS系統(tǒng)效率按97%估算）。該操作方案同時可減少蓄電池充放電功耗次數(shù)，延長UPS及蓄電池壽命。

2.2 做好冷通道100%封閉

本項目上架率約70%且整體負(fù)載率約69%，未上架的1200多個機(jī)柜及未上滿的機(jī)柜所在174條冷通道側(cè)均未做密閉封堵，全機(jī)房樓有88條冷通道通風(fēng)地板不具備風(fēng)量可調(diào)功能。通過增加2.8萬塊盲板及調(diào)換1220塊可調(diào)節(jié)通風(fēng)地板，確保所有冷通道的氣密性良好及其通風(fēng)地板50%可調(diào)。冷通道通風(fēng)地板調(diào)換原則為優(yōu)先考慮上架率低或空置的機(jī)柜附近，后期需結(jié)合上架情況經(jīng)常性調(diào)換可調(diào)節(jié)地板的安裝位置。通過以上操作，可確保所有機(jī)房氣流不短路不串流，最終實現(xiàn)不跑冷和按需供冷。

2.3 提高空調(diào)系統(tǒng)運行效率

空調(diào)系統(tǒng)配置及節(jié)能操作方案見表2。該項目數(shù)據(jù)機(jī)房及配套低壓室、電池室共有254臺冷凍水空調(diào)存在過度制冷情況。在確保安全可靠運行及按需制冷的前提下，共可關(guān)閉機(jī)房樓142臺精密空調(diào)，按COP（能效比）=18計算，這將減少配套制冷功耗約1188.1kVA。

2.4 嚴(yán)控非核心區(qū)域制冷功耗

非核心區(qū)域（如大堂、安保、接待、休閑區(qū)等）應(yīng)盡量關(guān)閉風(fēng)機(jī)盤管，共可關(guān)閉27臺風(fēng)機(jī)盤管，總功耗約為4.9kW。

設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)的主要目的是維持正壓和給機(jī)房換氣。夏天需要額外降溫除濕，冬天需要額外加熱加濕，室內(nèi)空調(diào)功耗也隨之增加。在無人時、無人區(qū)、夏天冬天時，應(yīng)盡量關(guān)閉或少開啟新風(fēng)系統(tǒng)，共可關(guān)閉37臺新風(fēng)機(jī)組，總的功耗約為281kW。當(dāng)室外溫、濕度達(dá)到機(jī)房可利用標(biāo)準(zhǔn)，可開啟新風(fēng)并適當(dāng)關(guān)閉機(jī)房空調(diào)，利用大自然的冷量實現(xiàn)節(jié)能。

定期檢查所有機(jī)房熱通道區(qū)域的地板，防止各種方式的漏風(fēng)跑冷。

尚未上架的機(jī)房獨立區(qū)域，應(yīng)該關(guān)閉所有的空調(diào)及其供電設(shè)備。辦公樓的空調(diào)設(shè)備也應(yīng)做到嚴(yán)格管控，人走即關(guān)。

2.5 優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

暖通系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整節(jié)能方案見表3。按順序?qū)εǜ髯酉到y(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整， 期間必須設(shè)置操作穩(wěn)定觀察期，并隨工況微調(diào)變化，可進(jìn)一步提高暖通系統(tǒng)COP，降低空調(diào)CLF（制冷負(fù)載系數(shù)）值。

2.6 實行分區(qū)分時照明管控

前期設(shè)計并未采用智能照明技術(shù)，機(jī)房樓的機(jī)房區(qū)及其配套區(qū)域均實行100%開啟照明，辦公樓大部分區(qū)域也未能實現(xiàn)人走燈滅或空調(diào)關(guān)機(jī)。對于機(jī)房樓內(nèi)的機(jī)房區(qū)域，實行全天開啟30%的照明。對于機(jī)房樓的消防水池、補水池、蓄冷池、網(wǎng)管中心、高低壓配電室、冷機(jī)房、UPS室等配套區(qū)域全天只開啟1~2個照明開關(guān)（每個開關(guān)控制5只燈管）。對于機(jī)房樓的接待大廳、開關(guān)房、變壓器室、油機(jī)室、網(wǎng)絡(luò)接入間、電池室、鋼瓶間、走廊及屋頂?shù)扰涮讌^(qū)域全天實行人走關(guān)燈。接待大廳及走廊區(qū)域的空調(diào)無人時實行人走關(guān)機(jī)。對于辦公樓內(nèi)各區(qū)域照明均實行白天不開啟少開啟、晚上人走關(guān)燈。以上措施，均通過運維人員及安保巡樓加以實施執(zhí)行。經(jīng)測算，機(jī)房樓照明負(fù)荷達(dá)74kW，其中IT機(jī)房照明為41kW，按節(jié)約20%計算，配套區(qū)域照明33kW， 按節(jié)約40%計算，總共可節(jié)約配套照明功耗24kVA。

2.7 實施屋頂光伏供電

優(yōu)先考慮在機(jī)房樓+辦公樓空余地塊實施屋頂光伏方案給辦公樓及配套照明空調(diào)供電，自用率約95%，經(jīng)測算光伏裝機(jī)容量為265kWp，投資成本約120萬元。年發(fā)電量235000kWh，年均收益19萬元，回收周期6.3年，可降低PUE約0.0016。

2.8 啟用大型蓄冷池節(jié)電

大容量蓄冷池充蓄冷成效測算見表4。本項目配置6000m3的蓄冷池，按運維操作票需投入2~3個現(xiàn)有運維人員，每天0~8點共8個小時進(jìn)行蓄冷操作，每天14~19點共5個小時進(jìn)行放冷操作。蓄冷階段比正常工況多開1臺充冷冷機(jī)和1臺充冷水泵；放冷階段關(guān)閉2臺冷機(jī)，2臺冷卻泵，1臺冷凍泵，需要多開1臺放冷水泵。全年春節(jié)、國慶假期及突發(fā)情況共約2個月不能蓄冷，按全年300天可蓄冷節(jié)能計算，通過啟用蓄冷池削峰填谷每年可節(jié)約電費178萬元。執(zhí)行充蓄冷操作對全年平均PUE降低稍微會有一點改善，可暫不計入。

2.9 AI 深度節(jié)能技術(shù)

當(dāng)前數(shù)據(jù)中心AI節(jié)能技術(shù)架構(gòu)典型的有4種算法類型：自控類公司常規(guī)算法、變工況人工經(jīng)驗算法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動和機(jī)理框架的智能算法［4-5］。

最后這種智能算法是基于系統(tǒng)整體全局優(yōu)化控制，利用校核的系統(tǒng)模型實時尋找機(jī)房運行的最佳效率點，側(cè)重整個空調(diào)系統(tǒng)的智能深度節(jié)能（系統(tǒng)級COP提升），即使在歷史運行數(shù)據(jù)不好的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)主動高精度的預(yù)測與優(yōu)化，其節(jié)能率比常規(guī)算法高10%以上。結(jié)合廠家項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)測算，年平均PUE可降低約0.05~0.10左右。本次成效測算時暫不計入估算。

綜上所述，執(zhí)行以上8個常規(guī)節(jié)能舉措共投資約400萬元，保守估計每年可節(jié)約993.2萬度電（折合標(biāo)準(zhǔn)煤為1221.64噸，折合二氧化碳排放量為3261.8噸），節(jié)約電費約662萬元。改造后年平均PUE可從1.430降至1.296左右，節(jié)能成效可觀。

3 挖潛方案及成效分析

本項目實際上架平均負(fù)荷低于設(shè)計值導(dǎo)致電量。冷量存在大量富余，且園區(qū)室外及屋頂均存在空置場地可用于挖潛。目前園區(qū)總電量扣減未上架機(jī)柜用電需求后剩余6222kVA，經(jīng)測算可在園區(qū)室外地面和屋頂?shù)目沼鄨龅財U(kuò)建機(jī)柜683架（單機(jī)柜按6kW，年均PUE暫按去年值1.43考慮）。該項目可優(yōu)先采用帶冷凍水空調(diào)的預(yù)制式集裝箱數(shù)據(jù)中心進(jìn)行挖潛，其他項目可以考慮直接采用帶間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)或常規(guī)風(fēng)冷空調(diào)的預(yù)制式集裝箱，對現(xiàn)場的改造影響最小且交付速度非?？臁Ｍ跐摰臋C(jī)柜如能成功投入運營，每年帶來的機(jī)柜租賃、帶寬分成收入至少在5000萬元以上，將一定程度上縮短項目投資回報周期。

4 結(jié)束語

本文以某主流大型數(shù)據(jù)中心案例為應(yīng)用研究對象，通過常規(guī)節(jié)能舉措和AI 節(jié)能方案，可明顯提高運維精細(xì)化管理水平及核心機(jī)電設(shè)備的運行壽命，可有效降低年均PUE及提升全生命周期內(nèi)項目的運營收益。保守估算該項目實施相關(guān)節(jié)能舉措后年均PUE可降至1.296，每年至少減少二氧化碳排放約3261.8 噸，可以節(jié)約電費成本662萬元。而實施挖潛改造后，每年可增收至少5000 萬元。以上舉措適用于當(dāng)前國內(nèi)同類型老舊大型數(shù)據(jù)中心的降本創(chuàng)收，有助于達(dá)成PUE降至1.30以內(nèi)及打造綠色低碳數(shù)據(jù)中心的相關(guān)政策管控目標(biāo)，而且對新建大型數(shù)據(jù)中心項目的規(guī)劃設(shè)計、上架布局、精細(xì)化運維及高效節(jié)能管理也有一定的借鑒參考價值。

作者：陳鳳，陳皓，陳曉
 

參考文獻(xiàn)

1 車凱. 低負(fù)載下數(shù)據(jù)中心節(jié)能思路［J］. 暖通空調(diào)，2022，52（3）：88-92。

2 石云鵬. “雙碳”背景下數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀與節(jié)能技術(shù)研究［J］. 中國新通信，2022，24（8）：119-121.

3 朱慧賓，龔雪. 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的硬件要求［J］. 暖通空調(diào)，2022，52（S1）：387-389.

4 楊麗娜，趙鵬，王佩哲. 基于GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)測模型研究［J］. 電力信息與通信技術(shù)，2021，19（3）：10-18.