年会回顾|如何对即有数据中心进行节能改造？

今年9月15日-16日，2022中国数据中心市场年会（第十二届）在北京朗丽兹西山花园酒店举办，大会以“‘东数西算'话节能”为主题，邀请政府领导、数据中心行业专家、企业领袖以及科研机构、设计院、解决方案提供商、数据中心用户等各界人士共同探讨绿色数据中心未来发展新方向，促进产业领域的交流合作，推动数据中心产业提升质量创造更大价值。在本次年会的数据中心新型制冷技术分论坛上，来自北京电信规划设计院有限公司建筑能源设计院副总工程师贾峻与我们分享了主题为《既有数据中心空调节能改造探讨》的演讲。

以下是根据该演讲内容整理形成的书面材料：

今天跟各位同行共同要探讨的话题是对于既有数据中心空调节能的改造。今天的话题分成三个部分，第一部分是缘起。即我们为什么要探讨数据中心空调节能改造这个话题。第二个部分是难点。是我们在数据中心改造当中遇到的一些问题。第三部分是策略。是我们关于改造的一些想法。

我们为什么要来讨论数据中心节能改造问题呢？一方面，数据中心在这几年处于高速发展的阶段。2016年之后到现在，数据中心发展非常快，基本上以年均30%的速度在增长。另一方面，早期建设的数据中心PUE值相对比较高，从工信部的网站上找到的一组数据显示，到2017年的时候，我们国内在用的大型和超大型的数据中心的PUE值都超过了1.5，分别是1.54和1.63。而相对比较好的情况是，2017年年底的时候，对数据中心的PUE值有了相应的要求，所以在建的大型和超大型数据中心，PUE值都要低于1.5，但也要高于1.4。这是工信部统计的大型和超大型数据中心的情况，而小型和中型数据中心的PUE水平实际上是要略高于大型数据中心的。

PUE指标的降低还受制于低碳数据中心的建设要求。从国家的层面上来说，改造类的数据中心到2025年PUE值普遍要求不高于1.5。而各地政府的要求不尽相同，以北京为例，除了对PUE方面的要求，还要求对一些低效（PUE>1.4）的数据中心进行改造。超过1.4的数据中心，会面临两个问题，一个是PUE高于2.0的存储和备份型数据中心，面临着关闭和腾退。超过1.4<1.8数据中心，实行差异化的电价。上海跟北京的情况基本相同，对于PUE的要求也在1.4左右。而青海的要求则更高，他们的目标是到2025年，所有改造的数据中心PUE不超过1.3。宁夏对于改造型的数据中心的PUE值也提出了不超过1.3的要求。

以上就是我们为什么要来谈数据中心改造这个话题。我们以前一直是在说新建，但是改造类的数据中心和新建类的数据中心有很多不一样的地方，在这里，我们把在工程项目当中发现的问题和难点跟大家进行分享。

难点1：机房在线改造

包括两个方面，业务在线和空调在线。在线意味着运行起来不能中断。业务在线造成的困扰，对于一些建设比较早的数据中心，冷区热没有进行封闭或者冷区热区没有进行划分。对于冷通道封闭的数据中心需要将其改造成热通道封闭。空调在线，主要是空调系统形式的变化。原有的空调系统很多都是采用风冷空调，在当时的要求来说是可以的，但按照现在的PUE要求，空调要进行节能改造，空调系统形式有变化。另一个难题集中在集中空调系统上，集中空调系统有管路的限制，比如说早期建设的数据中心有可能是单管路的设置，管道上没有阀门或阀门非常少，还有一种情况是阀门的位置不合适，空调拆不出来。

难点2：突破系统架构

这个问题主要出现在采用集中空调系统的数据中心。早期建设的数据中心空调系统根本就没有利用到自然冷源。或采用部分时段用自然冷（冬天开冷却塔和板换来供冷，夏天开冷气供冷），交替运行的过程，对自然冷的利用时段也不太长。为了提升空调的能效水平，我们要把部分自然冷改变成全时段利用自然冷的状态，这需要对空调系统的管路进行改造。但集中空调系统，有冷冻水管还有大量的阀门附件，会占用很大空间，在系统改造的时候这是一个难点，早期建设的数据中心，空间并不是非常富裕，突破原有的系统架构是改造方面的一大难点。

难点3：建筑条件受限

一方面是分期建设的数据中心。数据中心建设的时候，土建和机电是分阶段建设的，在土建阶段设计时给机电预留的空间和条件只能满足当时PUE的要求，但根据现在PUE的要求，原来的预留条件已经不能适应。那么原有的空调系统形式将会发生变化，比如，原来预留的风冷的集中空调改为水冷，冷冻站如何建造？冷却水的补水池又放在哪里？这是分期建设造成的一个问题。分期建设的数据中心还会出现冷通道封闭改造造成的层高问题。另一方面，设备、管道安装空间、管井位置不足以及用水指标限定，荷载及防水问题，都是限制数据中心空调节能改造的难点问题。

水系统节能（自然冷源利用）

水系统对于自然冷利用一方面是要提高冷冻水的温度。冷冻水温度提高之后，自然冷却的时间在延长，同时冷机的效率也在提高。

以北京为例冷冻水10~15度提升到16~22度后数据对比

对于冷却水来说，冷却水的温度是越低越好，降低冷却水的温度，也是节能改造的一个策略。冷却水是用冷却塔来制备的，蒸发冷却的冷水机就是一种高效的冷却塔，理论上出水温度可以趋近于湿球温度甚至是趋近于露点温度，可以降低冷却水温度，延长自然冷，还可以降低冷气的功耗。

水系统节能（高效能冷水机组）

在水系统当中冷水机组是一个能耗非常大的设备。数据中心经常用到的冷水组是离心机，离心机主要分为定频、变频、磁悬浮三种形式。满载时这三种形式COP差别不大，但在部分负载和冷却水温度下降时，变频和磁悬浮的能效就有显著提升。这样看来，在冷水机组选择时，以往我们都是以冷量优先，未来我们是不是可以考虑以效率优先的思路去选冷机。如果是效率优先，可以使变频和磁悬浮更好的发挥节能的优势。

水系统节能 （降低水系统输送能耗）

降低能耗就是水量降下来，但一定要保证冷机的安全运行。另外一方面是阻力降下来。同时空调水系统还要采取一些变频的措施。

氟系统节能首要采取自然冷源利用的方式，冬天开启氟泵用自然冷的方式进行冷却，夏天温度高，开启压缩机来进行制冷，通过氟泵或气泵+压缩机的设备配置来降低空调能耗。我们还可以把蒸发冷凝的概念引入到氟系统当中，可以在冷凝器的翅片上直接采取喷水喷雾或者降低冷凝的温度来延长自然冷时长，同时也可以降低空调的能耗。

设备效率的提高主要从压缩机上来说，现在变频涡旋的压缩机或者磁悬浮的压缩机在氟系统空调里大量应用，从复合变化的适应性和室外温度适应性上来说，这两种压缩机能够达到节能的要求。氟系统我们要有好的设备部件，同时还要关注空调的控制逻辑和控制理念。

分体式基本分为三种：蒸发冷凝式磁悬浮多联氟泵、变频多联氟泵、新型单元氟泵。以往的单元氟泵，往往采用的定频压缩机，对于系统来说它的节能达不到我们现在的要求。这三种分体式氟泵空调，相对来说多联空调的节能效果比较好，但价格也会比较贵。它的优势是对冷煤管的管井占用会非常小，这点对于改造类的数据中心比较友好。新型的单元氟泵，它的优势是跟现在的风冷直膨空调相比更易于替换，小型和中型数据中心应用比较普遍。