面對現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心不斷遞增的規(guī)模、無法預(yù)測的功率密度、更高要求的安全等級和運維能力，如何合理規(guī)劃與設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)，最大限度的利用自然冷源，保障數(shù)據(jù)中心安全運行并取得最大化節(jié)能效果則尤為重要。

日前，探密維諦實驗室 “V-LoGeek維極百課”--維諦技術(shù)(Vertiv，NYSE：VRT)2020線上研討會上，維諦技術(shù)(Vertiv)亞太區(qū)熱量管理及融合解決方案事業(yè)部副總裁冉啟坤、中數(shù)智慧研究院副院長羅志剛、維諦技術(shù)(Vertiv)中國區(qū)熱管理解決方案部總經(jīng)理嚴(yán)瀚，全面探討了數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的意義。

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同時，維諦技術(shù)(Vertiv)深圳西麗實驗室、廣東江門實驗室在直播中同步開測，分別對Liebert®PEX4S全時自然冷卻精密空調(diào)在不同負(fù)載率、不同室外溫度等條件下的性能進(jìn)行檢測。

影響數(shù)據(jù)中心能效的兩大因素

根據(jù)CDCC公開的數(shù)據(jù)顯示，2019年全國數(shù)據(jù)中心的用電總量達(dá)到了630億度，同時數(shù)據(jù)中心全面耗水量約756億升，平均WUE為 2.0升/kWh。

如果按照每人每天的用水量1.5升來計算，那么有1.38億人全年的飲水量被數(shù)據(jù)中心直接消耗掉，這對整個生態(tài)帶來很嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域提倡應(yīng)用無水極致節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)具有重要意義。

目前，針對數(shù)據(jù)中心嚴(yán)重的能耗情況，國內(nèi)多地都出臺了PUE新政，總體而言，各地出臺的新政對于新建或改建數(shù)據(jù)中心的PUE要求大都在1.4以下，充分體現(xiàn)了對數(shù)據(jù)中心整體PUE水平的重視。然而，從目前情況來看，全國數(shù)據(jù)中心實際的PUE水平與PUE新政要求的目標(biāo)還具有較大差異。

而影響數(shù)據(jù)中心能效的原因主要來自于采用集中式冷凍水系統(tǒng)架構(gòu)導(dǎo)致的低載效率低和無法實時利用自然冷源兩大因素。

l 首先，由于數(shù)據(jù)中心成長周期較長，初期幾年都處于較低負(fù)載狀態(tài)，集中式冷凍水系統(tǒng)長期低載無法達(dá)到最佳效率點。

l 其次，自然冷統(tǒng)計時間按照逐時統(tǒng)計，但冷機系統(tǒng)無法根據(jù)需要實時切換，也就難以實現(xiàn)實時利用自然冷源。

相比較而言，盡管冷凍水系統(tǒng)的能效比傳統(tǒng)定頻風(fēng)冷系統(tǒng)要高，但是系統(tǒng)建設(shè)極為復(fù)雜。比如，冷凍水系統(tǒng)中的制冷站，是管線最復(fù)雜、最密集的地方，管線不僅包括設(shè)備，也涉及復(fù)雜的冷機水泵，水處理、分集水器和換熱器，其建設(shè)難度非常之大。

不僅如此，復(fù)雜的冷凍水系統(tǒng)也給日常運維造成了很大的困難，而且由于過高的復(fù)雜性，也使得影響數(shù)據(jù)中心PUE水平因素增多。

一個值得關(guān)注的問題是，冷凍水系統(tǒng)在理論上與實際應(yīng)用中往往存在很大差異，而造成這一問題的原因有三個方面的因素。

l 首先，建設(shè)工程的任何一個環(huán)節(jié)都會影響實際效果，冷凍水系統(tǒng)完全按照工程化的理念建設(shè)，設(shè)計、施工、采購、運維的整個過程中間即使發(fā)生一些很小的變更，也會影響到原來的理論設(shè)計。

l 其次，系統(tǒng)的復(fù)雜性，冷凍水系統(tǒng)的優(yōu)點可以長距離的輸送，但是由于管路長就很難做到水利平衡高效。

l 再有，在控制邏輯方面，冷凍水系統(tǒng)邏輯無法達(dá)到理論預(yù)期。

相比較于水冷系統(tǒng)的高復(fù)雜性，全時自然冷風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對變頻風(fēng)機、變頻壓縮機等幾大核心部件的完全控制。基于風(fēng)冷系統(tǒng)在建設(shè)及運行當(dāng)中的有點，維諦技術(shù)(Vertiv)全新推出了全時自然冷技術(shù)。

相對于冷凍水系統(tǒng)，全時自然冷技術(shù)可以在冬季甚至春秋季實現(xiàn)完全自然冷，在夏季和部分春秋季提供部分自然冷，實現(xiàn)自然冷源的最大化利用，而且在數(shù)據(jù)中心低負(fù)載率的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能效。

目前，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢是高送風(fēng)、高回風(fēng)，回風(fēng)溫度即使35℃、40℃、42℃的情況都有，當(dāng)室外溫度在31℃、34℃時，只要回風(fēng)溫度比室外溫度高就存在溫差，就可以利用溫差產(chǎn)生部分自然冷。這也是維諦技術(shù)(Vertiv)提出全時自然冷概念的理論基礎(chǔ)。

全時自然冷對節(jié)能的重要意義

一般情況下，低負(fù)載率不僅對數(shù)據(jù)中心運營影響比較大，而且無法實時利用自然冷源。同時，基于IT負(fù)荷變化與空調(diào)系統(tǒng)之間的矛盾，也需要變冷量空調(diào)系統(tǒng)與之匹配。

在本期“V-LoGeek維極百課”直播中，維諦技術(shù)(Vertiv)在深圳西麗實驗室、廣東江門實驗室，針對應(yīng)用全時自然冷技術(shù)的Liebert®PEX4S空調(diào)進(jìn)行了嚴(yán)格測試。

其中，在西麗實驗室主要測試在固定室外溫度下機組不同負(fù)載率下的整機顯熱能效，證明可解決數(shù)據(jù)中心長期低載下的能效問題;江門實驗室測試在固定IT負(fù)載率下機組不同室外溫度下的整機顯熱能效，檢驗系統(tǒng)不同環(huán)境溫度下全部利用自然冷的能力。

值得一提的是，維諦技術(shù)(Vertiv)的兩個空調(diào)實驗室建立了以ISO/IEC 17025 為標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量體系，并經(jīng)過了CNAS、GMPI、EMC安規(guī)TUV、TGG、UL等行業(yè)權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，是目前國內(nèi)機房專用空調(diào)業(yè)界最大、最專業(yè)、最精確的實驗室之一，可測試5kW～400kW制冷量空調(diào)在各種工況下的制冷量、顯熱比、風(fēng)量、能耗、焓差。檢測報告可以使用ILAC國際互認(rèn)標(biāo)志，在57個簽署協(xié)議的國家和經(jīng)濟體生效。

在西麗實驗室，維諦技術(shù)(Vertiv)邀請了合肥通用機電產(chǎn)品檢測院有限公司進(jìn)行測試。在完成對文件、儀器、測試方法及實驗過程的審查后，合肥所宣布實驗在室內(nèi)干球溫度35℃，室外干球溫度15℃，機組送風(fēng)溫度21℃的條件下，Liebert®PEX4S機組在25%、50%、75%、100%負(fù)載下的能效分別為34.84、12.15、10.61、8.35，測試過程符合GBT19413-2010標(biāo)準(zhǔn)要求。

測試結(jié)果顯示，Liebert®PEX4S機組在低負(fù)載下?lián)碛休^高的能效，這對于目前負(fù)載率低于50%的數(shù)據(jù)中心超過一半、大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心負(fù)載率在20%～30%的行業(yè)現(xiàn)狀而言，具有非常大的節(jié)能意義。

同時，合肥所在江門實驗室完成對文件、儀器、測試方法及實驗過程的審查后，宣布Liebert®PEX4S機組在室內(nèi)機送風(fēng)溫度21℃、回風(fēng)溫度35℃，室外溫度-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃條件下的能效分別為46.56、40.09、10.56、7.10、5.17，測試過程符合GBT19413-2010標(biāo)準(zhǔn)要求。相關(guān)測試數(shù)據(jù)達(dá)到了高于業(yè)內(nèi)平均水平兩倍的效果。

可以說，江門實驗室的測試真實體現(xiàn)了全時自然冷技術(shù)逐溫能效提升對于節(jié)能的意義，一方面這使得不同緯度區(qū)域自然冷可利用的時長顯著增加，另一方面自然冷的充分挖掘使得南北方節(jié)能差異顯著減小。

從兩個實驗室的測試結(jié)果來看，都取得了優(yōu)秀的測試數(shù)據(jù)，這也充分體現(xiàn)了Liebert®PEX4S全時自然冷卻精密空調(diào)的出色性能。這款創(chuàng)新產(chǎn)品以全變頻硬件為基礎(chǔ)，上層控制平臺及軟件邏輯為核心，通過多維度的創(chuàng)新研發(fā)設(shè)計，取得了性能的顛覆性飛躍，能夠幫助數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)PUE優(yōu)化30%的目標(biāo)。

可以想見的是，基于出色的節(jié)能特性，Liebert®PEX4S全時自然冷卻精密空調(diào)能夠為數(shù)據(jù)中心用戶創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟價值。

按照2019年全國數(shù)據(jù)中心用電總量630億度計算，如果新建及改造數(shù)據(jù)中心均采用全時自然冷技術(shù)，可實現(xiàn)節(jié)電137.81億千瓦時，比目前全國平均水平節(jié)能21.8%，同時可節(jié)水約700億升，實現(xiàn)碳排放年節(jié)約108.2億公斤， 比傳統(tǒng)離心機自然冷方案節(jié)能提高33%。

在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用具有巨大的節(jié)能價值，基于風(fēng)冷系統(tǒng)架構(gòu)的高可靠性、極簡的工程量和分期投資的金融便利性，都是傳統(tǒng)方案無法比擬的巨大優(yōu)勢。

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