周鋼 梁海峰 張志斌 楊健 李雪松 肖海清 王崢

一、概述

為了深入貫徹落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于碳達峰、碳中和的決策部署，指導中央企業(yè)做好碳達峰、碳中和工作，國資委下發(fā)了《關(guān)于推進中央企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做好碳達峰碳中和工作的指導意見》，明確了中央企業(yè)碳達峰、碳中和工作目標和要求。雙碳工作需要各相關(guān)行業(yè)單位高度重視，也是中央企業(yè)要履行的社會責任。

隨著全球分布的數(shù)據(jù)中心大量部署和云計算服務(wù)需求激增，其高運行能耗和碳污染問題日益嚴重。針對這種新興的高能耗負荷，如何緩和數(shù)據(jù)中心碳足跡的有害影響，實現(xiàn)碳達峰、碳中和"3060"目標成為一項重要挑戰(zhàn)。建立綠色節(jié)能高能效的數(shù)據(jù)中心是提高能源利用效率、降低運營商能耗成本的根本解決途徑。從企業(yè)角度出發(fā)，電能開銷是數(shù)據(jù)中心運營的重要成本之一，從環(huán)境角度出發(fā)，保護環(huán)境，降低能源消耗也是每個企業(yè)應(yīng)盡的社會責任。

數(shù)據(jù)中心是新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是促進全社會降碳增效的有力抓手。近年來，我國數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷壯大，推進數(shù)據(jù)中心綠色化轉(zhuǎn)型升級勢在必行。

近日，工信部等6部門公布2022年年度國家綠色數(shù)據(jù)中心名單，至此，我國已先后創(chuàng)建四批共計196家國家綠色數(shù)據(jù)中心，其中包括中國民航信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司后沙峪數(shù)據(jù)中心，是民航領(lǐng)域獲評的首個綠色數(shù)據(jù)中心。

作為數(shù)字經(jīng)濟的“底座”，近年來我國數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)快速增長。推動數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，既有助于數(shù)字經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，也是新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。綠色數(shù)據(jù)中心長什么樣？如何更好引導數(shù)據(jù)中心走低碳高效的綠色發(fā)展道路？國家綠色數(shù)據(jù)中心評價標準為我們指明了方向。本文將以中國航信綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)實踐展開分析討論。

二、數(shù)據(jù)中心高效利用技術(shù)

數(shù)據(jù)中心從建立之初就面臨著不斷擴展的需求，為未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需求提供空間。其中，模塊化、標準化技術(shù)逐漸發(fā)揮重要的作用。如新建數(shù)據(jù)中心，只用關(guān)心接水、接電和網(wǎng)絡(luò)接入，除此之外的軟件安裝和部署都采用自動化的方式進行，可以有效縮短整個部署的時間。為了提高效率，需要科學的分析數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)控及資源管理手段，數(shù)據(jù)中心運營企業(yè)必須分析對能耗有影響的因素，研究對這些因素具備持續(xù)跟蹤和分析調(diào)配的技術(shù)和研發(fā)系統(tǒng)，輔助數(shù)據(jù)中心進行節(jié)能減排工作。

本章探討了民航建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的控制策略和高效應(yīng)用模型，對軟件級能耗模型及節(jié)能方案進行了改進，主要內(nèi)容如下。

（一） 對暖通配電能源進行節(jié)能設(shè)計，實現(xiàn)高效運行

后沙峪數(shù)據(jù)中心采用變頻離心式水冷冷水機組。額定工況下能效比（COP）為6.5，運行中能效比（COP）最高可達14.29。同時配置板式換熱器，當環(huán)境濕球溫度較低時，通過板換進行制冷，充分利用自然冷源。輸送系統(tǒng)采用二級泵變流量系統(tǒng)（機房側(cè)冷水機組定流量，負荷側(cè)變流量），二級泵采用變頻水泵，根據(jù)末端負荷變頻，滿足末端最不利管路壓差設(shè)定，節(jié)省泵耗。冷卻水泵采用變頻水泵，根據(jù)實際需要冷卻水流量自動變頻。冷卻塔采用變頻風機，根據(jù)設(shè)定的冷卻塔出水溫度變頻。

（二）建立基礎(chǔ)設(shè)施能耗管理平臺，利用數(shù)字化手段提升運維效率

自主研發(fā)建立的基礎(chǔ)設(shè)施能耗管理平臺，實現(xiàn)了時/日/月級電能利用效率（PUE）、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、運行狀況的實時監(jiān)控和能耗分布可視化，對底層動環(huán)、樓宇自控（BA）、蓄電池監(jiān)控、電力監(jiān)控、柴發(fā)監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一提取和整合分析，指導能耗團隊進行能耗數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)運行數(shù)據(jù)及時調(diào)整運行策略，實現(xiàn)傳統(tǒng)運維向數(shù)字化運維的轉(zhuǎn)型。

（三） 通過對暖通系統(tǒng)控制邏輯升級及運行策略優(yōu)化，實現(xiàn)PUE的跨越式降低

通過升級暖通樓宇自控（BA）系統(tǒng)控制邏輯，實現(xiàn)冷源系統(tǒng)全自動高效運行，電制冷、預(yù)冷、自然冷卻3種運行模式無縫切換，冷源系統(tǒng)全變頻運行。結(jié)合運行策略優(yōu)化，合理設(shè)定冷凍水溫度、空調(diào)風速，充分利用制冷系統(tǒng)冗余，暖通設(shè)備始終運行在高效區(qū)間。一次泵能耗降低58%，冷卻塔電加熱能耗降低90%以上，冷源系統(tǒng)能耗下降33%，每年自然冷源使用時間接近9個月。

（四） 民航PUE計算

中航信后沙峪新數(shù)據(jù)中心通過采用自然冷卻和熱回收等多種節(jié)能手段降低PUE。同時根據(jù)綠色IT系統(tǒng)的節(jié)能減排要求以及軟件層的特殊要求，在傳統(tǒng)的IT設(shè)備節(jié)能形式之外，進行了能耗評價模型的設(shè)計，提高了能耗評價體系的整體性以及評價標準的有效性。實現(xiàn)了公共云服務(wù)平臺所在模塊PUE穩(wěn)定在1.3的目標。

三、能源資源綠色管理技術(shù)

（一）能源統(tǒng)計和分析

后沙峪數(shù)據(jù)中心能源消耗主要為電力和柴油，重視能源計量器具配備的管理，電能分項計量滿足 GB/ T32910.3-2016要求。制定了相適應(yīng)的能源管理制度，明確了能源管理的組織機構(gòu)和崗位責任制，明確了相關(guān)的電、水、油等在使用、計量、統(tǒng)計報告、消耗成本等方面的管理要求或標準。能耗管理中規(guī)定了數(shù)據(jù)中心對每月電、水、油的消耗情況導出統(tǒng)計報表作為能耗分析的依據(jù)。數(shù)據(jù)中心每月、每季度、每年會對能源資源的統(tǒng)計報表進行分析，形成基礎(chǔ)設(shè)施資源分析報告。

（二）運行管理

圍繞節(jié)電和節(jié)水綜合利用等方面發(fā)展目標，研究制定了后沙峪數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗管理策略，用以指導實際運行工作，并在工作中不斷改進。節(jié)能策略包括：空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能策略、暖通設(shè)備的節(jié)能策略、機房模塊氣流組織的優(yōu)化管理策略、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心冷卻方案、變壓器節(jié)能策略、UPS節(jié)能策略、水套加熱器節(jié)能策略、中壓柜二次電源節(jié)能策略、中壓柜加熱器節(jié)能策略、生產(chǎn)區(qū)照明節(jié)能策略等。定期對暖通設(shè)備、配電設(shè)備等進行維護保養(yǎng)、巡視檢查、調(diào)優(yōu)運行，一線值班組記錄保存維護保養(yǎng)、巡視檢查和調(diào)優(yōu)運行情況。數(shù)據(jù)中心重點設(shè)備一般由設(shè)備供應(yīng)商進行維護保養(yǎng)，維護完工后數(shù)據(jù)中心留存維護完工報告。

（三） 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)節(jié)能措施

后沙峪數(shù)據(jù)中心機房樓共2個冷凍站，每個冷凍站獨立為本棟數(shù)據(jù)機房提供冷凍水，每個冷凍站設(shè)計采用1100RT（3867kW）變頻離心式水冷冷水機組5+1臺，每個冷凍站均設(shè)有蓄冷裝置，以保證數(shù)據(jù)中心對連續(xù)制冷的要求。冷凍水供應(yīng)采用二次泵系統(tǒng)，一次泵定流量運行，與冷水機組一對一配置，二次泵變流量運行，根據(jù)末端壓差調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，以達到低負荷運行時節(jié)約能源的目的。每套不間斷供冷系統(tǒng)由蓄冷罐、冷水機組、冷凍水一次泵、冷凍水二次泵（水冷冷水機組系統(tǒng)還包括冷卻水泵、冷卻塔）自然冷卻用板式換熱器、機房空調(diào)機組組成。冷凍水的供水溫度為11.5℃，回水溫度為18℃。制定了空調(diào)冷源系統(tǒng)利用自然冷源供冷技術(shù)、選用高效冷源和輸送設(shè)備根據(jù)負荷進行變頻調(diào)速、提升冷凍水溫度加大供回水溫差、提高送風溫度，加大送回風溫差等12條綠色節(jié)能措施。

（四）水資源管理

為加強用水管理，制定了節(jié)水制度、節(jié)水方案以及目標，設(shè)置了雨水回收系統(tǒng)，為園區(qū)提供綠化、沖洗地面的水源。當用水量突變，與歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的用量或趨勢差別較大時，分析突變原因，并查找問題，若屬非正常變化，通過運維管理調(diào)整至正常值；采用機電一體化實時在線監(jiān)測對水處理站和空調(diào)水系統(tǒng)水質(zhì)進行監(jiān)測，設(shè)備根據(jù)水質(zhì)自動運行處理，減少非必要人工干預(yù)；機房濕度精確控制，避免反復(fù)過度的除濕加濕；場地現(xiàn)在負荷較輕，還有多套設(shè)備冗余，將閑置用水設(shè)備的水排空，減少補水量。例如冬季將冗余制冷單元屋面以上的冷卻塔的所有水排空。設(shè)有水處理站，中水經(jīng)過過濾和反滲透裝置處理合格后，為空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻水補水。不同來源、不同使用功能的用水分別設(shè)計量裝置，進行用量管理和統(tǒng)計。

后沙峪數(shù)據(jù)中心根據(jù)自身情況合理制定了節(jié)約用水目標，提高循環(huán)用水率，用水綜合漏失率低于3%；在能夠滿足需求的情況下，盡量減少用水量，每年節(jié)水率爭取達2%以上。

四、數(shù)據(jù)中心智能運維系統(tǒng)設(shè)計

為實現(xiàn)后沙峪數(shù)據(jù)中心智能化精細化控制，研發(fā)了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對底層動環(huán)、BA、蓄電池監(jiān)控、電力監(jiān)控、柴發(fā)監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一提取和整合分析。系統(tǒng)可以完成基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的運行數(shù)據(jù)可視化，通過直觀的方式完成設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，對操作結(jié)果進行數(shù)據(jù)確認，完成設(shè)備的精細化管理，提升運行安全、降低能耗、提升工作效率。同時配置管理數(shù)據(jù)庫中保存并更新設(shè)備臺賬。

數(shù)據(jù)中心智能運維系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)中心運維在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。系統(tǒng)功能層面上實現(xiàn)了運維、運營、人員、質(zhì)量的集中統(tǒng)一管理，按照業(yè)務(wù)功能分為采集層、處理層、管理層、展示層、決策層共5層。管理層又分為運營管理、運維管理、可視化管理三方面；運營管理是對基礎(chǔ)設(shè)施進行成本、容量、能源、資產(chǎn)等進行管理；運維管理是管理數(shù)據(jù)中心日常運營操作，實現(xiàn)智能運維；可視化管理是數(shù)據(jù)中心三維可視化、二維可視化，建立動態(tài)模型。在技術(shù)架構(gòu)層面上，引入了緩存機制，系統(tǒng)通過標準的接口協(xié)議與外部系統(tǒng)交互，為了提升數(shù)據(jù)訪問壓能力，支撐大型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的智能化管理。

五、結(jié)語

本文探討了民航建設(shè)國家綠色數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能控制策略和應(yīng)用模型，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的主要能耗來源及降耗的不足，對軟件級能耗模型及節(jié)能方案進行了改進，為滿足綠色新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)要求，研究采用數(shù)據(jù)中心能源高效利用技術(shù)和能源資源綠色管理等多種綠色節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)PUE穩(wěn)定在1.3的目標。綠色IT是新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主旋律，建立綠色節(jié)能高能效的數(shù)據(jù)中心是提高能源利用效率、降低運營商能耗成本的根本解決途徑。