當(dāng)前我國(guó)正在推進(jìn)“新基建”及“東數(shù)西算”工程，國(guó)家政策及行業(yè)協(xié)會(huì)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(dòng)計(jì)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(duì)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(yùn)營(yíng)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(shí)間長(zhǎng)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(xiǎn)。

　　如何有效實(shí)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(xiàng)目投資方或數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商不得不考慮的痛點(diǎn)迫切問題。

　　本文以具體實(shí)操案例為切入點(diǎn)，著重研究了針對(duì)老舊典型的大型數(shù)據(jù)中心切實(shí)可行且富有成效的精細(xì)化運(yùn)維和節(jié)能挖潛策略方案，并給出了成效測(cè)算分析，具有一定的指導(dǎo)意義和推廣價(jià)值。

　　01.某老舊大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)現(xiàn)況

　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商大多以10年作為全生命周期的投資盈利測(cè)算或場(chǎng)地租賃期限。國(guó)內(nèi)5年前建設(shè)投產(chǎn)，至今仍在運(yùn)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(yùn)維管理粗放、上架率不高、實(shí)際單機(jī)柜功率低于或高于設(shè)計(jì)值、供配電系統(tǒng)帶載率偏低、過度供冷、局部熱點(diǎn)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(diǎn)問題。

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

　　通過實(shí)地調(diào)研和基本分析，該項(xiàng)目屬于國(guó)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(jì)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)上架之間的偏差，加上缺乏精細(xì)化運(yùn)維管理，可以推斷該項(xiàng)目仍然存在較大的節(jié)能及挖潛空間。

　　02.節(jié)能降本方案及成效分析

　　國(guó)內(nèi)早期傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在設(shè)計(jì)建設(shè)階段往往對(duì)業(yè)務(wù)上架分析不足或規(guī)劃設(shè)計(jì)上缺乏一定的彈性，交付運(yùn)營(yíng)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(yùn)維管控，導(dǎo)致大部分項(xiàng)目年均PUE居高不下，總體運(yùn)營(yíng)成本偏高、收益縮減，本項(xiàng)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(duì)該項(xiàng)目給出了9個(gè)節(jié)能舉措及其成效測(cè)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(dòng)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(tái)UPS，保守估計(jì)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(shí)可減少蓄電池充放電功耗次數(shù)，延長(zhǎng)UPS及蓄電池壽命。

　　2.2 做好冷通道100%封閉

　　本項(xiàng)目上架率約70%且整體負(fù)載率約69%，未上架的1200多個(gè)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(wàn)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(shí)現(xiàn)不跑冷和按需供冷。

　　2.3 提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率

　　空調(diào)系統(tǒng)配置及節(jié)能操作方案見表2。該項(xiàng)目數(shù)據(jù)機(jī)房及配套低壓室、電池室共有254臺(tái)冷凍水空調(diào)存在過度制冷情況。在確保安全可靠運(yùn)行及按需制冷的前提下，共可關(guān)閉機(jī)房樓142臺(tái)精密空調(diào)，按COP（能效比）=18計(jì)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(tái)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(wú)人時(shí)、無(wú)人區(qū)、夏天冬天時(shí)，應(yīng)盡量關(guān)閉或少開啟新風(fēng)系統(tǒng)，共可關(guān)閉37臺(tái)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(shí)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(dú)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(shí)行分區(qū)分時(shí)照明管控

　　前期設(shè)計(jì)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(shí)行100%開啟照明，辦公樓大部分區(qū)域也未能實(shí)現(xiàn)人走燈滅或空調(diào)關(guān)機(jī)。

　　對(duì)于機(jī)房樓內(nèi)的機(jī)房區(qū)域，實(shí)行全天開啟30%的照明。對(duì)于機(jī)房樓的消防水池、補(bǔ)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(gè)照明開關(guān)（每個(gè)開關(guān)控制5只燈管）。對(duì)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(shí)行人走關(guān)燈。接待大廳及走廊區(qū)域的空調(diào)無(wú)人時(shí)實(shí)行人走關(guān)機(jī)。對(duì)于辦公樓內(nèi)各區(qū)域照明均實(shí)行白天不開啟少開啟、晚上人走關(guān)燈。

　　以上措施，均通過運(yùn)維人員及安保巡樓加以實(shí)施執(zhí)行。經(jīng)測(cè)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(jì)算，配套區(qū)域照明33kW， 按節(jié)約40%計(jì)算，總共可節(jié)約配套照明功耗24kVA。

　　2.7 實(shí)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(shí)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(cè)算光伏裝機(jī)容量為265kWp，投資成本約120萬(wàn)元。年發(fā)電量235000kWh，年均收益19萬(wàn)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(cè)算見表4。本項(xiàng)目配置6000m3的蓄冷池，按運(yùn)維操作票需投入2~3個(gè)現(xiàn)有運(yùn)維人員，每天0~8點(diǎn)共8個(gè)小時(shí)進(jìn)行蓄冷操作，每天14~19點(diǎn)共5個(gè)小時(shí)進(jìn)行放冷操作。

　　蓄冷階段比正常工況多開1臺(tái)充冷冷機(jī)和1臺(tái)充冷水泵；放冷階段關(guān)閉2臺(tái)冷機(jī)，2臺(tái)冷卻泵，1臺(tái)冷凍泵，需要多開1臺(tái)放冷水泵。全年春節(jié)、國(guó)慶假期及突發(fā)情況共約2個(gè)月不能蓄冷，按全年300天可蓄冷節(jié)能計(jì)算，通過啟用蓄冷池削峰填谷每年可節(jié)約電費(fèi)178萬(wàn)元。執(zhí)行充蓄冷操作對(duì)全年平均PUE降低稍微會(huì)有一點(diǎn)改善，可暫不計(jì)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(yàn)算法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和機(jī)理框架的智能算法。

　　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(shí)時(shí)尋找機(jī)房運(yùn)行的最佳效率點(diǎn)，側(cè)重整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的智能深度節(jié)能（系統(tǒng)級(jí)COP提升），即使在歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)不好的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)高精度的預(yù)測(cè)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(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算，年平均PUE可降低約0.05~0.10左右。本次成效測(cè)算時(shí)暫不計(jì)入估算。

　　綜上所述，執(zhí)行以上8個(gè)常規(guī)節(jié)能舉措共投資約400萬(wàn)元，保守估計(jì)每年可節(jié)約993.2萬(wàn)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(fèi)約662萬(wàn)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。

　　03.挖潛方案及成效分析

　　本項(xiàng)目實(shí)際上架平均負(fù)荷低于設(shè)計(jì)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(chǎng)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(cè)算可在園區(qū)室外地面和屋頂?shù)目沼鄨?chǎng)地?cái)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(xiàng)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(xiàng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)的改造影響最小且交付速度非?？?。挖潛的機(jī)柜如能成功投入運(yùn)營(yíng)，每年帶來的機(jī)柜租賃、帶寬分成收入至少在5000萬(wàn)元以上，將一定程度上縮短項(xiàng)目投資回報(bào)周期。

　　本文以某主流大型數(shù)據(jù)中心案例為應(yīng)用研究對(duì)象，通過常規(guī)節(jié)能舉措和AI 節(jié)能方案，可明顯提高運(yùn)維精細(xì)化管理水平及核心機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行壽命，可有效降低年均PUE及提升全生命周期內(nèi)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)收益。保守估算該項(xiàng)目實(shí)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(fèi)成本662萬(wàn)元。而實(shí)施挖潛改造后，每年可增收至少5000 萬(wàn)元。

　　以上舉措適用于當(dāng)前國(guó)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(duì)新建大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、上架布局、精細(xì)化運(yùn)維及高效節(jié)能管理也有一定的借鑒參考價(jià)值。