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破解新基建数据中心高能耗难题 这项技术应时而生

2020-08-07 09:39:55 来源 : 中国经济导报

数据中心机房存在局部热点?降温设备能耗过大?在室温恒定在21℃、阵阵凉风循环吹送的中国电信集团河北廊坊分公司IDC机房内,上述数据中心机房普遍存在的两大难题显然已被一一化解。而这背后最大的“功臣”,便是双泵混驱复合型热管空调节能技术。

“经过节能改造,该机房安装的双泵混驱复合型热管空调有效运行后,机房的PUE值(数据中心能源效率评价指数)从2016年的2.08降至2020年的1.47,平均每年节省电量193万度,节约电费112万元。”作为双泵混驱复合型热管空调节能技术的研发公司,北京中普瑞讯信息技术有限公司总经理黄黎明谈及该技术的应用推广价值,显得格外自信。黄黎明告诉中国经济导报记者,“不止是廊坊项目,整体来说,目前全国应用双泵混驱复合型热管空调技术的众多项目都取得了不错的技术效益和经济效益。双泵混驱复合型热管空调安装在机柜背面,能有效解决机房局部热点问题。安装这种空调后,机房耗电量能够降低30%~50%。数据中心PUE也能从原来的2.0~3.0降低至1.3~1.4之间。”

这一切,在7月31日由国家节能中心组织召开的双泵混驱复合型热管空调节能技术评审会上,得到了一一印证。通过对中国电信集团河北廊坊分公司数据中心机柜空调改造项目进行现场调研,结合此前赴内蒙调研专家汇报的项目调研情况,评审专家们深入了解了项目实际运行情况,以及主要技术指标和节能效果等,最终肯定了该项技术在数据中心领域所具有的推广应用潜力。

应时而生

今年全国两会,备受关注的新基建首次写入《政府工作报告》。目前,诸多新基建项目正在全国各地如火如荼开展着,数据中心新建和扩容步伐都在加快,其高能耗的特点亦亟待进一步优化。

事实上,目前中国数据中心的能耗显著高于世界的平均水平。我国数据中心发展迅猛,总量已超过40万个,年耗电量超过全社会用电量的1.5%,其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2,与国际先进水平相比有较大差距,节能潜力巨大。

据了解,数据中心机房能耗主要来源于IT设备(约占45%)和空调系统(约占40%)等,且能耗强度很高。随着IT技术发展服务器能耗会越来越高,降低空调能耗,提高制冷效率是数据中心重中之重。据统计,数据中心空调耗电一般是同等规模常规办公大楼的数十倍以上。

数据显示,早在2016年,我国数据中心的耗电量就已超过三峡大坝的年发电量,而到2017年,数据中心总耗电量超过三峡大坝和葛洲坝电厂发电量之和。华北电力大学2018年发布的《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告显示,2018年我国数据中心总用电量约160TWh,比上海市2018年全社会用电量还多。

“尽管过去几十年中IT技术和产品发生了翻天覆地的变化,但数据中心冷却基础设施的设计变化却不大。”评审会上,来自北京中普瑞讯信息技术有限公司的技术专家介绍,传统的机房制冷系统设计理念是房间空气调节和受制于节能器件制约,这可能会导致无法获得既定的冷却和能效性能。当前,机房制冷问题已经成为影响IT设备正常运行和机房运行能耗成本较高的重要原因之一。

双泵混驱复合型热管空调技术可谓应运而生。据介绍,双泵混驱复合型热管空调节能技术是气、液泵热管换热系统与蒸气压缩式制冷技术有机融合,兼具热管自然冷却、空调机械制冷和热管混合制冷交替运行三种模式的一项技术,制冷蒸发器可为精确制冷的背板形式,或为冷热分离列间形式以及传统的V型精密空调。其适用场景广阔,包括IDC机房、通信枢纽、云基地等机房应用;超过4KW/RACK功率机架的机房等。

“制冷蒸发器为背板、列间、V字形等多种型式,可以实现精确制冷,高能效。当室内温度一定时,三种循环模式的制冷量、EER(制冷性能系数)随着室外环境温度的降低呈近似线性增长;随着室外环境温度的变化,可通过调节压缩机或气泵或液泵的频率,满足室内负荷要求并提高能效。”评审会上,来自北京中普瑞讯信息技术有限公司的技术专家解释,该项技术有三大创新点,一是国内首创液泵+气泵+EC风机的动力模式设计,充分利用热管高效;二是将氟泵集成在室内机或室外机组内,热管安装不受物理环境限制,冷媒流速高,效率高,传输距离远;三是应用背板,列间末端形式更加贴近热源,制冷效率高。

顺势而为

“以前的机房,一进去温度冷热不均不说,空调还占地面积大,浪费很多宝贵的空间。”在温度清凉宜人的中国电信集团河北廊坊分公司IDC机房内,黄黎明对中国经济导报记者说道。一排排经过改造安装了双泵混驱复合型热管空调的数据设备整齐划一,机器间隔有序地矗立着,一阵阵清凉的循环风在设备上方吹拂着。“双泵混驱复合型热管空调系统原理是这样的,冷空气被吸入机柜对设备降温,热空气与冷却盘管进行热交流,将热量传递给换热器内的制冷剂,温度下降后的冷空气从背板吹出,完成空气循环。”

据介绍,由于双泵混驱复合型热管背板空调体积小紧贴机柜安装,还节约了数据中心内部的空间,单位面积上可以放置更多的设备。“机房改造为背板空调后拆除原精密空调共计16台,可节约空间约37平方米。”中国电信集团河北廊坊分公司相关技术人员告诉中国经济导报记者。

事实上,双泵混驱复合型热管空调带来的好处不止于此。据介绍,一方面,双泵混驱复合型热管空调贴近热源,实现精确制冷、按需制冷。实现了冷源集中供服务器使用,先冷设备、后冷环境,充分利用自然冷源,降低能耗;另一方面,各类设备发热量各不相同,造成机柜内部和周围环境热量分布不均,双泵混驱复合型热管空调安装在每个机柜背面,能自动调节冷量能有效解决局部过热问题。同时,这项技术很好解决IDC机房的平面规划受到传统精密空调冷量、风量的限制,以及送风距离的限制,无法满足高密度机柜散热需求,随着双泵混驱复合型热管空调应用,从而实现从房间级制冷向机柜级制冷改变,提升机柜服务器装机密度,减低能耗,生产效益和经济效益都有很大提高,为满足5G应用提供很好基础支持。

当然,廊坊项目的成功运行也并非个例。2015年1月投入运行的唐山电信数据中心机房空调新建项目持续正常运行至今,通过多年的运行,充分证明了系统的可靠性和节能性,在节能的同时解决机房局部热点问题;2016年3月投入运行的石家庄电信数据中心机房空调新建项目持续正常运行至今,机房年平均PUE值为1.42,平均每年节约69.2万度的电量,减少85.2吨碳排放;2019年3月投入使用的内蒙古电信金桥省级枢纽楼信息化机房进行双泵混驱复合型热管空调改造项目,到2020年3月年平均PUE为1.36左右,在局部热点问题得到彻底解决的同时,节约大量的电能,为公司节约了成本……据介绍,目前已有约27个数据中心项目应用双泵混驱复合型热管空调。

“但凡有条件,我们都会在电信集团相关数据中心积极推广这一技术。”评审会上,来自中国电信节能减排处的相关专家告诉中国经济导报记者,今年,中国电信集团将针对IDC业务万元收入能耗偏高的情况,继续推进机架利用率提升工作,扩大基于人工智能的服务器节能技术试点规模,并积极推广氟泵空调、服务器液冷等新的制冷技术。

前景广阔

“节能效果确实是显而易见的”“双泵技术本身就是一种创新”“汇报数据还是有些宽泛,应该更具体一点”“是不是还需要在安全性和稳定性上有更多的考量和优化”“跟其他类似技术相比的核心优势还应该讲得更透彻一点”……评审会上,来自中国科学院理化技术研究所、清华大学、北京工业大学、中国建筑科学研究院有限公司、中国建筑设计研究院有限公司智能工程中心、中国建筑标准设计研究院有限公司数据中心和中国移动通信集团设计院有限公司等单位的专家组成专家组,你一言我一语地对技术运行的效果以及可能出现的问题进行评估和建议。

一场小小的评审会,其用心程度却可见一斑。不仅会上的专家组专家不“走过场”,在技术应用和实用效果的诸多细节处“抠”得极为认真,北京中普瑞讯信息技术有限公司提供的申报材料也是详细全面,从第三方认证材料到用户评估,所有细节都毫不含糊。中国经济导报记者还了解到,在本次评审会之前,为切实做好评审论证工作,国家节能中心已组织专家赴内蒙古呼和浩特市对中国电信集团内蒙古分公司数据中心机柜空调新建和改造项目进行了调研。在评审会现场,专家组听取了中国电信内蒙古分公司(新建和改造项目)和廊坊分公司(改造项目)双泵混驱复合型热管空调使用情况汇报后普遍认为,改造项目解决了之前的机房局部热点问题,三个项目均有明显的节能效果。

经过一上午热烈的探讨,从技术论证,到现场项目实测,节能优势明显的双泵混驱复合型热管空调节能技术在近乎苛刻又认真的专家们眼里,似乎并无太多需要进行否定的因素和理由。最终,结合书面资料、现场调研和内蒙古项目情况,专家组从技术特点、节能效果、实际应用情况等方面,对双泵混驱复合型热管空调节能技术进行了系统客观评价,肯定了该技术采用气泵、液泵组合作为动力的优点、技术应用效果良好、节能降耗效果明显,具有良好的经济性,在数据中心空调领域具有较大的推广应用潜力,并对技术优化和下一步推广应用提出了意见建议。

“我们会根据专家们的意见建议对技术进行进一步的优化和推广,争取为解决新基建建设中的高能耗问题贡献更多的力量。”黄黎明在评审会上表态。

据悉,节能技术项目评审是国家节能中心受社会单位委托,组织专家等技术力量对技术项目的节能效果等进行客观评价、给予专业意见建议,是中心做好社会化节能服务的重要形式,旨在发挥节能评审对先进节能技术推广应用的支持作用,推动壮大节能环保产业,促进绿色发展。

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