近日，“2021中國數(shù)據(jù)中心市場年會”在北京召開，會議以“探能效、碳達(dá)峰、碳中和”為主題，對前沿技術(shù)與理論進(jìn)行深入交流，以技術(shù)創(chuàng)新助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
會上，中國移動設(shè)計院咨詢設(shè)計總監(jiān)婁小軍分享了《“新基建”下數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案綜合評估》。報告介紹了新基建背景下數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案演進(jìn)路線和面臨的挑戰(zhàn)，從初投資、TCO、PUE、WUE、裝機(jī)率、建設(shè)工期、運(yùn)維難度等多個維度出發(fā)，提出一種數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案綜合評估模型，并分享典型城市多種數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案試評估結(jié)果。
在新基建”和“雙碳”目標(biāo)背景下，數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳要求不斷提升，但目前總體能耗水平和利用率不容樂觀，制冷系統(tǒng)約占整個數(shù)據(jù)中心能耗的30%~45%，降低制冷系統(tǒng)的能耗是提高數(shù)據(jù)中心能源利用效率的最直接和最有效措施，制冷系統(tǒng)也隨著數(shù)據(jù)中心的需求變化和能效要求而不斷發(fā)展。
2005年前，數(shù)據(jù)中心正處于雛形階段，業(yè)務(wù)量較小，數(shù)據(jù)中心空調(diào)多采用了風(fēng)冷直膨式機(jī)房專用空調(diào)，每套空調(diào)相對獨(dú)立控制和運(yùn)行，具有安裝和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是設(shè)備能效比較低、室外機(jī)占地較大，通常也沒有連續(xù)供冷保障措施。2010年左右數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求猛增，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也逐漸變大，數(shù)據(jù)中心能耗急劇增加，節(jié)能問題開始受到重視。冷凍水系統(tǒng)開始逐漸應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)中，冷凍水系統(tǒng)有制冷容量大，冷機(jī)能效高，穩(wěn)定性高，易利用自然冷源、冷凍水型空調(diào)末端多樣等特點(diǎn)，可以大幅降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)行能耗。2015年后至今，數(shù)據(jù)中心規(guī)模和數(shù)量進(jìn)一步增加，節(jié)能性要求更高，預(yù)制化、模塊化、產(chǎn)品化等趨勢顯著，各類新型水冷、風(fēng)冷制冷形式不斷涌現(xiàn)，水冷系統(tǒng)水溫風(fēng)溫進(jìn)一步提高，自然冷卻時間進(jìn)一步延長，風(fēng)冷系統(tǒng)通過加入全變頻、自然冷模式，大幅提高節(jié)能性，服務(wù)器液冷技術(shù)也在不少工程中得到應(yīng)用，形成多種制冷形式并存的態(tài)勢。
隨著“新基建”背景下業(yè)務(wù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案需要考慮諸多要素。初投資、TCO及其相關(guān)的PUE、WUE，通常是方案評估模型中優(yōu)先考慮的要素，或者說權(quán)重最高的要素，但包括裝機(jī)率、建設(shè)工期、運(yùn)維難度、末端靈活性、技術(shù)成熟度等其它要素也都可能對數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營產(chǎn)生重要影響，不同技術(shù)有各自適用的應(yīng)用場景，有必要結(jié)合各種技術(shù)特點(diǎn)和不同區(qū)域?qū)嶋H情況分區(qū)域進(jìn)行研究，綜合評估技術(shù)的適用性。
基于前文提出的各種冷卻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用要素，為實(shí)現(xiàn)因地制宜和綜合評價選取最優(yōu)的節(jié)能技術(shù)，報告提出一個全新量化評估模型，把影響數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)應(yīng)用中的要素指標(biāo)進(jìn)行量化處理，形成量化評估結(jié)果，指導(dǎo)方案選擇。
其中PUE、WUE、初投資、TCO指標(biāo)按照各方案計算結(jié)果的最大值和最小值作為打分上限和下限區(qū)間，技術(shù)特點(diǎn)類按照優(yōu)劣高低分為2~4檔，分別評估打分。另外根據(jù)不同地區(qū)實(shí)際情況特點(diǎn)，針對不同技術(shù)匹配特點(diǎn)進(jìn)行額外扣分，最終通過多維度打分加權(quán)后得出不同地區(qū)城市不同技術(shù)應(yīng)用的綜合評估得分。
需要說明的是，根據(jù)業(yè)務(wù)類型不同，權(quán)重也應(yīng)有所區(qū)別。本次呈現(xiàn)的是我們稱之為“均衡型”空調(diào)方案評估模型權(quán)重數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)中心可根據(jù)自身特點(diǎn)，對各權(quán)重進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，即可得到適合自身需求的評估模型。
最后基于以上“均衡型”空調(diào)方案評估模型，給出一些典型城市5種數(shù)據(jù)中心空調(diào)方案（水冷冷凍水空調(diào)、間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)、氟泵變頻空調(diào)、蒸發(fā)冷磁懸浮相變冷卻空調(diào)、浸沒式液冷空調(diào)）試評估結(jié)果。
具體技術(shù)路線以單棟4層、總規(guī)模2萬平方米的混凝土數(shù)據(jù)中心為測算模型，模擬了多種空調(diào)方案，計算初投資、PUE、WUE、裝機(jī)率、運(yùn)行費(fèi)用等數(shù)據(jù)，對比分析了不同地區(qū)城市土地稀缺性、運(yùn)維能力、業(yè)務(wù)上架速度、水資源情況幾個因素。其中運(yùn)行費(fèi)用主要計算水費(fèi)和電費(fèi)，運(yùn)行功率按照逐時方法計算，同時考慮設(shè)備不同工況變頻對運(yùn)行功率的影響。
在“均衡型”評估模型下，綜合考慮節(jié)能、成本、技術(shù)特點(diǎn)等因素，水冷系統(tǒng)方案得分在各地區(qū)城市普遍高于其它方案；間接蒸發(fā)冷空調(diào)、氟泵空調(diào)、蒸發(fā)冷磁懸浮相變冷卻空調(diào)緊隨其后；浸沒液冷方案盡管節(jié)能性最優(yōu)，但標(biāo)準(zhǔn)化程度低、造價偏高，總體得分偏低。
評估結(jié)果與方案模型輸入條件相關(guān)，投資造價等具有波動性，同時受各維度權(quán)重比例影響較大，實(shí)際應(yīng)用決策中還需根據(jù)不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)特點(diǎn)判斷屬于“節(jié)能優(yōu)先型”、“成本優(yōu)先型”還是“市場優(yōu)先型”，從而調(diào)整相應(yīng)要素打分權(quán)重，通過多維綜合評估，確定所采用的空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)方案，為具體項目最終決策提供科學(xué)有效的依據(jù)。
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