安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：文章分析了位于北京和廣州的3個(gè)大型數(shù)據(jù)中心的能耗數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能存在的問(wèn)題分別進(jìn)行了分析診斷。從設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理兩大方面總結(jié)了目前數(shù)據(jù)中心普遍存在的共性問(wèn)題，為數(shù)據(jù)中心節(jié)能提供了方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；節(jié)能；能效

近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)于信息化工作的重視,作為信息化基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展。我國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的數(shù)量多，建設(shè)質(zhì)量也在世界上處于靠前，主要采用了世界上較好的IT設(shè)備，較好的制冷設(shè)備，較好的精密空調(diào)，較好的控制系統(tǒng)。但是衡量運(yùn)行水平的重要指標(biāo)PUE卻未達(dá)到世/界/先/進(jìn)水平，差距還不小。中國(guó)制冷學(xué)會(huì)于2017年對(duì)上海市20家擁有500個(gè)機(jī)架的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了評(píng)測(cè)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的PUE分布在1.6-2.3范圍內(nèi)。中位值是1.80，平均值為1.97。距離《“十三五"國(guó)家信息化規(guī)劃》中提出的到2018年大型數(shù)據(jù)中心年P(guān)UE不高于1.5的要求差距較大。

不同的數(shù)據(jù)中心存在不同的問(wèn)題，也有其共性的問(wèn)題，這些問(wèn)題在業(yè)內(nèi)中已有資料反映。文章結(jié)合近期調(diào)查的數(shù)據(jù)中心為例，總結(jié)存在于節(jié)能運(yùn)行中的共性問(wèn)題。

1.1工程簡(jiǎn)介

該數(shù)據(jù)中心建筑面積20000㎡，在6B#大樓地下室建有冷凍機(jī)房。配置4臺(tái)離心式冷水機(jī)組、4臺(tái)冷卻水泵、4臺(tái)冷凍水泵，室外地面建有16臺(tái)冷卻塔；機(jī)房空調(diào)為水冷及風(fēng)冷兩種精密空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)面積約6000㎡。機(jī)房?jī)?nèi)未設(shè)置冷熱通道。

為分析數(shù)據(jù)中心的能效，文章對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗和冷水機(jī)組的COP進(jìn)行了一年的監(jiān)測(cè)記錄，并同時(shí)對(duì)運(yùn)行管理措施及方法進(jìn)行了訪談，對(duì)冷凍水系統(tǒng)的水溫變化進(jìn)行了全程追蹤測(cè)試。

1.2能耗分布與PUE

根據(jù)約一年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)中心的能耗分布和PUE見(jiàn)表1,年P(guān)UE為1.8。對(duì)處于寒冷地區(qū)的北京，PUE值偏高。

1.3數(shù)據(jù)分析

根據(jù)能耗分項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以定量計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的相對(duì)關(guān)系，并進(jìn)行其合理性評(píng)價(jià)，見(jiàn)表2。

1.4主要存在的問(wèn)題

根據(jù)能耗數(shù)據(jù)、訪談情況以及水系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，該數(shù)據(jù)中心的問(wèn)題主要為：

1）主機(jī)效率偏低。主機(jī)效率(COP值)小于4.0。2019年7月16日測(cè)試期間，冷機(jī)冷卻水進(jìn)出口溫度3O.3℃/32.6℃,冷凍水出水溫度7℃，負(fù)載百分比為71%條件下，運(yùn)行工況與《蒸汽壓縮循環(huán)冷水機(jī)組》(GB/T18430.1—2007)規(guī)定的額定條件十分接近。此條件下，主機(jī)COP應(yīng)達(dá)到5.5。但主機(jī)效率僅為4.0，距離5.5還有不小差距。其原因與冷凍水的水質(zhì)、機(jī)組維護(hù)等因素有關(guān)。冷卻塔填料結(jié)垢嚴(yán)重，未及時(shí)清洗，使得冷卻水溫度偏高。

2）水泵的能耗占比過(guò)高。設(shè)計(jì)狀態(tài)下，水泵的總能耗(含冷卻塔)應(yīng)當(dāng)只有主機(jī)的30%，實(shí)際使用中卻達(dá)到62%。冷水機(jī)組的防凍水溫差、冷卻水溫差均只2℃，說(shuō)明水流量偏大，水泵應(yīng)可以減少流量。同時(shí)測(cè)試得到的水泵效率只有50%。

3）分水器與集水器之間存在水量旁通。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，末端機(jī)房?jī)?nèi)水冷空調(diào)的進(jìn)出口溫度一般為7℃/14℃，溫差達(dá)到7℃以上。但冷凍站集水器內(nèi)的溫度卻為8.8℃。說(shuō)明分集水之間存在大量的混水，供應(yīng)到用戶的水量不足。

4）機(jī)房?jī)?nèi)精密空調(diào)能耗過(guò)高。精密空調(diào)的能耗比冷水機(jī)組能耗還高。一般末端空調(diào)能耗應(yīng)控制在空調(diào)系統(tǒng)總能耗≤25%以內(nèi)，現(xiàn)已大大超出這一比例。按照冷凍機(jī)供冷量能力計(jì)算，2臺(tái)冷水機(jī)組全部開(kāi)啟時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)的風(fēng)冷空調(diào)可以關(guān)閉，但機(jī)房?jī)?nèi)所有風(fēng)冷精密空調(diào)仍然全部開(kāi)啟使用。風(fēng)冷精密空調(diào)的使用補(bǔ)充了部分冷量，卻消耗了大量的電力。

導(dǎo)致風(fēng)冷空調(diào)開(kāi)啟的原因包括:機(jī)房?jī)?nèi)溫度分布不均，有的機(jī)房不同地點(diǎn)溫差相差10℃，存在局部熱點(diǎn)。局部熱點(diǎn)的存在，拉低了房間整體溫度，加大了供應(yīng)能力需求。同時(shí)由于供應(yīng)到水冷空調(diào)的水量不足，使得水量空調(diào)的供冷量不足，因而風(fēng)冷空調(diào)不得不開(kāi)啟。

5）機(jī)房?jī)?nèi)采用漫灌式氣流組織，沒(méi)有設(shè)置氣流冷熱通道。送回風(fēng)溫差小，只有3℃，加大了送風(fēng)輸送能耗。

6）缺少智能化管理手段。雖然有動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但缺少節(jié)能管理的智能化控制系統(tǒng)，也沒(méi)有統(tǒng)一集中的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得管理人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況無(wú)法細(xì)致了解。運(yùn)維人員的主要精力放在保平安運(yùn)行上。

7）未利用自然冷源。北京地區(qū)冬季自然冷源資源豐富，但未采取任何技術(shù)措施加以利用。

表1北京某IDC數(shù)據(jù)中心能耗數(shù)據(jù)

表2北京某IDC數(shù)據(jù)中心分項(xiàng)能耗情況