王 平

（中移鐵通有限公司，北京 100000）

1 背 景

2020年9月22日，中國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和（簡(jiǎn)稱雙碳目標(biāo)）。作為信息通信行業(yè)用電大戶的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）正在積極落實(shí)國(guó)家的戰(zhàn)略部署，如何正確應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)，把握好各種節(jié)能技術(shù)的適用范圍和應(yīng)用條件是影響IDC運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素，應(yīng)在確保IDC運(yùn)行安全的前提下節(jié)能減排[1-3]。

2 IDC節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

2.1 何為運(yùn)行安全

IDC是隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展其規(guī)?？焖贁U(kuò)張的信息物理空間，在這樣的物理空間內(nèi)，由計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲(chǔ)設(shè)備等主設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的處理、存儲(chǔ)、傳輸、交換以及管理等功能。為上述主設(shè)備提供能源的供電系統(tǒng)、確保設(shè)備運(yùn)行可靠的制冷系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成了物理空間的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。

IDC的運(yùn)行安全就是指匯聚在IDC的信息能夠不間斷有序地正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。因此IDC信息物理空間的主設(shè)備本身首先應(yīng)穩(wěn)定可靠，提供信息運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)和路由等應(yīng)暢通無(wú)阻，這是構(gòu)成IDC運(yùn)行安全的基本要素。其次是主設(shè)備服務(wù)的供電系統(tǒng)必須不間斷提供質(zhì)量滿足要求的能源供應(yīng)，制冷系統(tǒng)必須確保設(shè)備長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行所必須的溫濕度和潔凈度等環(huán)境要求。每一環(huán)節(jié)都是環(huán)環(huán)相扣、密不可分的安全節(jié)點(diǎn)，只有確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)的安全才能確保IDC運(yùn)行安全。

2.2 供電系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

供電系統(tǒng)是設(shè)備運(yùn)行的能源供應(yīng)來(lái)源，沒(méi)有能源正常供應(yīng)的系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)不間斷供電，供電系統(tǒng)除了要配備滿足后備時(shí)間要求的蓄電池組外，發(fā)電機(jī)組的合理配置與適度的冗余是也重要的安全保障因素。如何在“雙碳目標(biāo)”提出的大背景下，在供電系統(tǒng)功率變換單元效率普遍提高的情況下進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的節(jié)能減排，考驗(yàn)著所有IDC運(yùn)行維護(hù)人員。

為了進(jìn)一步降低IDC整體電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）和供電系統(tǒng)自身的電能消耗，除了盡可能減少功率變換單元的過(guò)度配置外，其供電系統(tǒng)組成按照負(fù)載的重要程度和能源供應(yīng)等級(jí)形成了一路市電加一路UPS供電系統(tǒng)、一路市電加一路240 V直流供電系統(tǒng)、N+1并聯(lián)冗余UPS供電系統(tǒng)以及2N雙總線UPS供電系統(tǒng)等多種供電形式。

從節(jié)能的角度來(lái)看，供電系統(tǒng)效率越高越節(jié)能。供電系統(tǒng)效率高除了功率變換單元效率高外，還意味著系統(tǒng)組成要簡(jiǎn)單實(shí)用。如一路市電加一路UPS供電系統(tǒng)和一路市電加一路240 V直流供電系統(tǒng)，這兩種供電形式由于更多的運(yùn)用了市電直供方式，因此減少了部分功率變換的能量損耗，使得供電系統(tǒng)的效率有所提升。這兩種供電系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用對(duì)于主設(shè)備供電等級(jí)要求較低的場(chǎng)合比較實(shí)用，對(duì)于由兩路互為在線備份的供電體系供電的主設(shè)備最為適用。不能滿足對(duì)供電等級(jí)要求比較高場(chǎng)合的主設(shè)備以及由兩路獨(dú)立但不能互為備份供電主設(shè)備的供電可靠性要求，這時(shí)就需要采用2N雙總線UPS供電系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）為其供電。

圖1 雙總線冗余配置方式的組織構(gòu)架圖

對(duì)于2N雙總線結(jié)構(gòu)的UPS供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有單點(diǎn)瓶頸，功率變換單元互為冗余備份，配電及供電線路全部互為備份，即使對(duì)一套系統(tǒng)全部停電檢修，也不會(huì)影響負(fù)載的正常供電。但由于功率變換單元互為冗余備份，帶載率低于50%，使得系統(tǒng)的效率較低，對(duì)于節(jié)能減排較為不利。

為了尋求供電可靠性與節(jié)能減排的相互平衡，在N+1并聯(lián)冗余塔式UPS供電系統(tǒng)的理念上發(fā)展而來(lái)的N+X并聯(lián)冗余的模塊化UPS供電系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越多。這種供電系統(tǒng)的整體效率較2N雙總線結(jié)構(gòu)的UPS供電系統(tǒng)要高，因此節(jié)能減排的效果也更好。

2.3 空調(diào)節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

隨著IDC主設(shè)備單機(jī)架功耗的提高，主設(shè)備對(duì)空調(diào)的依賴程度不斷增加，空調(diào)設(shè)備能否正常運(yùn)行直接關(guān)系著主設(shè)備的運(yùn)行安全。降低IDC的PUE值主要途徑就是要降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，由于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)多且繁雜，必須因地制宜的運(yùn)用好適合自身特點(diǎn)的空調(diào)節(jié)能減排技術(shù)才能事半功倍。

2.3.1 水冷空調(diào)節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

大型水冷空調(diào)系統(tǒng)由于自身能效比高，因此在IDC的應(yīng)用比較普遍。這種空調(diào)節(jié)能減排技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于降低IDC的PUE值起到了很好的作用，但由于大型水冷空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主機(jī)組、室外冷卻水塔、冷卻水泵、冷凍水泵、蓄冷罐、各種閥門(mén)以及室內(nèi)末端空調(diào)等各個(gè)環(huán)節(jié)需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，而做到整體系統(tǒng)時(shí)刻處于最佳狀態(tài)需要維護(hù)人員的智慧與能力。因此這種節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用需要多方面共同努力才能確保IDC主設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的安全。

由于這種空調(diào)系統(tǒng)消耗水資源比較多，因此從系統(tǒng)設(shè)計(jì)到日常運(yùn)維的各個(gè)環(huán)節(jié)都要從降低水資源消耗的角度考慮。機(jī)房?jī)?nèi)漏水報(bào)警系統(tǒng)的建立與正常運(yùn)行必不可少，機(jī)房?jī)?nèi)疏通漏水的通道應(yīng)合理并暢通，樓層間各種封堵應(yīng)避免本樓層漏水外溢到下一樓層，循環(huán)水防結(jié)垢和防水藻問(wèn)題也不容忽視。此外，閥門(mén)長(zhǎng)期處于某種狀態(tài)造成鎖死情況也時(shí)有發(fā)生，只有確保上述每一環(huán)節(jié)不出紕漏，才能確保IDC設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的安全。

2.3.2 自然冷源節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

為了盡可能降低能耗，最大程度利用自然冷源，IDC機(jī)房運(yùn)用自然冷源空調(diào)節(jié)能技術(shù)的案例在不斷增加。其中大型水冷空調(diào)結(jié)合板換技術(shù)、直接引入式自然新風(fēng)系統(tǒng)、間接換熱式自然新風(fēng)系統(tǒng)、乙二醇干冷器熱交換系統(tǒng)、熱管技術(shù)以及氟泵技術(shù)等，就是充分利用自然冷源的案例。

無(wú)論應(yīng)用什么節(jié)能技術(shù)，最終目的都是確保IDC設(shè)備在運(yùn)行環(huán)境滿足要求的前提下降低能耗。而自然冷源與IDC所處地理位置與自然環(huán)境直接相關(guān)，這就決定了IDC機(jī)房處于室外溫度低于20 ℃且時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)更適宜采用這種技術(shù)。由于自然冷源空調(diào)與室外溫度直接相關(guān)，而室外溫度受季節(jié)、氣候以及白晝等多種因素影響，故采用自然冷源空調(diào)系統(tǒng)必須考慮上述各種因素對(duì)空調(diào)制冷作用的影響，特別應(yīng)注意高溫潮濕的夏季。這些特點(diǎn)也決定了IDC要采用不同種類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行混合應(yīng)用，充分利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)，如制冷效率高、節(jié)能減排以及投資少維護(hù)方便等，在盡可能多利用自然冷源的前提下保障機(jī)房環(huán)境需求。

2.3.3 列間空調(diào)節(jié)能應(yīng)用與運(yùn)行安全

列間空調(diào)應(yīng)用于IDC機(jī)房既是解決高功率主設(shè)備散熱和熱島問(wèn)題的有效方法，也是節(jié)能減排措施之一。將制冷單元靠近發(fā)熱設(shè)備，縮短送風(fēng)距離，進(jìn)行冷熱通道分隔，優(yōu)化氣流組織，提高空調(diào)回風(fēng)溫度。對(duì)于風(fēng)冷形式的列間空調(diào)采用變頻壓縮機(jī)、電子膨脹閥以及配合EC風(fēng)機(jī)等，所有這些節(jié)能措施的應(yīng)用都在提高各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，降低能耗。

列間空調(diào)對(duì)于保障高功率設(shè)備的運(yùn)行安全十分必要，但也有投資高、施工難度大以及大規(guī)模精確控制需要智能監(jiān)控系統(tǒng)的綜合管控等特點(diǎn)。

3 結(jié) 論

確保運(yùn)行安全是IDC所有節(jié)能措施應(yīng)用的前提，在節(jié)能應(yīng)用的兩大領(lǐng)域中，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用相比供電系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用效果更好?？照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用與IDC所處地理位置和氣候環(huán)境有直接關(guān)系，因此IDC選址對(duì)于節(jié)能減排也至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”，IDC節(jié)能應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普及，把握好節(jié)能與運(yùn)行安全的關(guān)系勢(shì)在必行。