廣州某云計(jì)算數(shù)據(jù)中心位于廣州市蘿崗區(qū)。數(shù)據(jù)中心的空調(diào)面積約35000㎡(其中一期15000㎡)。建筑9層，其中數(shù)據(jù)機(jī)房位于3、4層。
數(shù)據(jù)中心采用集中冷源，冷凍站位于大樓1層，設(shè)有4臺離心式冷水機(jī)組、1臺螺桿式冷水機(jī)組，配有5臺冷卻水泵、5臺冷凍水泵，5臺冷卻塔位于5樓屋面。
機(jī)房內(nèi)設(shè)有水冷空調(diào)機(jī)組，通過靜壓箱送風(fēng)，共78臺空調(diào)機(jī)組。機(jī)房內(nèi)氣流分設(shè)冷熱通道?？照{(diào)系統(tǒng)日常管理采用手動(dòng)管理，缺少自動(dòng)控制平臺。除配電房有主要回路的電能監(jiān)測外，對于能耗監(jiān)管缺少分項(xiàng)計(jì)量，不能進(jìn)行細(xì)化分析。
采用瞬時(shí)電量進(jìn)行PUE計(jì)算，其值為1.77。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施(暖通空調(diào))的功率總和為1099kW，占數(shù)據(jù)中心總耗電的44%，見表3。
數(shù)據(jù)中心的電氣損耗為466kW,達(dá)到數(shù)據(jù)中心總能耗的13%。變壓器損耗6%，UPS損耗12%、列頭柜配電系統(tǒng)損耗7%，這部分的損耗較大，應(yīng)在電氣管理和設(shè)備配置上改進(jìn)。
暖通空調(diào)系統(tǒng)中冷機(jī)電耗占51%、空調(diào)為26%、水泵+冷塔為21.4%。暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部占比較為合理。但能耗總體比例仍然較高，具有調(diào)節(jié)改善PUE的空間。
1）冷水機(jī)組效率未達(dá)標(biāo)?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189—2015)中4.2.10節(jié)要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組，在額定制冷工況和規(guī)定條件下變頻離心式冷水機(jī)組性能系數(shù)(COP)不應(yīng)低于5.5。而現(xiàn)有機(jī)組平均能效系數(shù)為5.10，也未達(dá)到5.5。在機(jī)組運(yùn)行工況優(yōu)于額定工況的條件下，仍不滿足節(jié)能要求。根據(jù)訪談介紹，機(jī)組每年清洗2次，進(jìn)行機(jī)組水質(zhì)維護(hù)，水質(zhì)應(yīng)無問題。應(yīng)當(dāng)是機(jī)組運(yùn)行工況不合理造成。
2）冷卻水泵的效率低。冷卻水泵的效率只有約45%，與設(shè)計(jì)要求的70%差距較大。冷卻水泵的額定揚(yáng)程30mH?O,但實(shí)際揚(yáng)程只有15mH?O。水泵揚(yáng)程配置過高，偏差較大。冷卻塔投入使用時(shí)間為2017年,設(shè)備狀態(tài)良好。冷卻水出口溫度與空氣濕球溫度差值約為2.3℃。冷卻塔效率較高。
3）機(jī)房空調(diào)開啟臺數(shù)過多。機(jī)房空調(diào)能耗占暖通系統(tǒng)能耗30%以上，表明空調(diào)運(yùn)行不夠合理。現(xiàn)在空調(diào)全部開啟，沒有按照回風(fēng)溫度進(jìn)行控制。
4）缺少智能化管理手段。雖然有動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，但缺少節(jié)能管理的智能化控制系統(tǒng)，也沒有統(tǒng)一集中的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，使得管理人員對設(shè)備運(yùn)行狀況無迭細(xì)致了解。運(yùn)維人員的主要精力放在保平安運(yùn)行上，缺少冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔的節(jié)能運(yùn)行策略。
3廣州某數(shù)據(jù)中心
3.1基本情況
該數(shù)據(jù)中心位于廣州市內(nèi)，分為1#樓和2#樓，于2009年建成使用。均采用集中式冷水機(jī)組進(jìn)行供冷。
1#機(jī)樓：該數(shù)據(jù)中心1層冷凍站設(shè)有2臺特靈螺桿式冷水機(jī)組，配有3臺冷卻水泵、3臺冷凍水泵，屋頂天臺設(shè)有1臺蒸發(fā)式冷凝螺桿機(jī)、2臺冷凍水泵、2組冷卻塔；機(jī)房均采用上送風(fēng)、側(cè)回風(fēng)的氣流方式。
2#機(jī)樓：該數(shù)據(jù)中心1層冷凍站由1期及2期合并組成，1期制冷設(shè)備為2臺約克螺桿機(jī)組及配套的3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、1組冷卻水塔；2期制冷設(shè)備為2臺約克離心式冷水機(jī)組及配套的3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、2組冷卻水塔；2#機(jī)樓調(diào)研的數(shù)據(jù)機(jī)房是2至7層的數(shù)據(jù)機(jī)房；其中4層401/402機(jī)房采用上送風(fēng)、側(cè)回風(fēng)的氣流方式，其它機(jī)房均采用地板式機(jī)柜送風(fēng)，上回風(fēng)加側(cè)回風(fēng)的氣流方式。
整套制冷系統(tǒng)無BA自控系統(tǒng)，所有制冷設(shè)備運(yùn)行模式需人工操作，也缺少能耗計(jì)量系統(tǒng)。
3.2能耗分布及PUE
該數(shù)據(jù)中心的能耗種類均為電力。通過短期測試獲得1#機(jī)樓和2#機(jī)樓的電耗分布。表4、表5給出了1#機(jī)樓的具體耗電數(shù)據(jù)。
3.3PUE評價(jià)
1#機(jī)樓和2#機(jī)樓的短時(shí)PUE為1.76-1.86，由于測試在冬季進(jìn)行，機(jī)組處于有利的運(yùn)行條件，全年P(guān)UE值一定高于現(xiàn)有PUE值，說明該數(shù)據(jù)中心的能效水平較低。
其中UPS和HVDC的負(fù)載率低，損耗過大，達(dá)到總能耗的約11%。水泵能耗占冷水機(jī)組能耗的50%；空調(diào)的能耗則與冷水機(jī)組的能耗相當(dāng)。說明整個(gè)制冷系統(tǒng)效率較低。
3.4存在問題
1）UPS和HVDC的負(fù)載率低，造成損耗過大。UPS和HVDC的損耗達(dá)到總能耗的約11%。HVDC普遍負(fù)荷率平均在35.50%，UPS平均負(fù)荷率為24.86%。
應(yīng)啟動(dòng)高壓直流的休眠睡醒功能，根據(jù)、最高值設(shè)定，讓HVDC整流模塊關(guān)閉休眠不必要開啟的整流模塊，可以大大降低HVDC的損耗。建議在80%~90%啟動(dòng)模塊睡醒功能,30%~40%啟動(dòng)模塊休眠功能，設(shè)置48h休眠模塊與運(yùn)行模塊輪換一次。
減低UPS損耗，若UPS的負(fù)荷量低于25%時(shí)，可以關(guān)閉1臺UPS，這樣就可以降低1臺UPS的損耗量。
2）冷卻塔冷卻效果不佳。冷卻塔的逼近度過大，在冬季室外濕球溫度13℃時(shí)，逼近度達(dá)到12.5℃，冷卻水塔的填料有損壞以及表面結(jié)垢現(xiàn)象較為嚴(yán)重，應(yīng)更換及定期清洗，可提高冷塔冷卻能力。
3）水系統(tǒng)水質(zhì)較差。水系統(tǒng)維護(hù)不及時(shí)，導(dǎo)致水質(zhì)較差，影響冷水機(jī)組效率。應(yīng)定期進(jìn)行水質(zhì)的清洗和維護(hù)。
4）末端空調(diào)開啟過多。機(jī)房內(nèi)空調(diào)全部開啟，沒有根據(jù)機(jī)房內(nèi)的實(shí)際熱量進(jìn)行送風(fēng)的調(diào)節(jié)，送風(fēng)溫差小，送風(fēng)效率低，送風(fēng)能耗高。
5）水泵未變頻運(yùn)行。水泵定頻運(yùn)行，供水量偏大，使得輸送能耗較高。
6）采用漫灌式氣流組織，氣流旁通率高，冷空氣未送到機(jī)柜內(nèi)部,嚴(yán)重影響送風(fēng)效率。
7）缺少節(jié)能管理手段及運(yùn)行策略。缺少對室內(nèi)外環(huán)境使用條件、設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行效果的監(jiān)測，全靠手工粗放式運(yùn)行，節(jié)能效果差。
表41#機(jī)樓總體能耗
表51#樓空調(diào)系統(tǒng)能耗分布
4數(shù)據(jù)中心節(jié)能存在的主要問題
通過以上案例及各地其它數(shù)據(jù)中心的能耗情況，可以看到有些問題普遍存在于目前的數(shù)據(jù)中心中。
4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面
數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)在產(chǎn)品選型、系統(tǒng)安全性與可靠性設(shè)計(jì)上都滿足了節(jié)能設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)要求，但設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度不夠。為了保障安全，選用設(shè)備時(shí)富裕系數(shù)較大，但運(yùn)行效率偏低。
1）水泵的選型普遍偏大，導(dǎo)致水泵實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)偏離高效區(qū)，水泵運(yùn)行效率較低。大多數(shù)只在50%左右。
2）水管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)粗獷，沒有進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)計(jì)算，水路流量分配不滿足預(yù)期要求。有些空調(diào)的水流量嚴(yán)重不足，水溫差達(dá)到6℃~8℃以上。
3）一些早年建成的數(shù)據(jù)中心的冷熱通道沒有嚴(yán)格分開設(shè)計(jì)，導(dǎo)致送風(fēng)氣流短路。不僅影響送風(fēng)效率，也影響了機(jī)房空氣溫度，惡化了運(yùn)行環(huán)境。
4）多數(shù)數(shù)據(jù)中心沒有設(shè)計(jì)自然冷卻系統(tǒng)，沒有充分利用自然資源。實(shí)際上由于數(shù)據(jù)中心需要全年冷卻，在我國大部分地區(qū)(除廣東、福建等少數(shù)地區(qū))都可使用自然冷源。而利用自然冷源是目前降低能耗的措施。
5）沒有建成能耗分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)。使用者對于能耗的分布不清楚，對能源效率無從知曉。
6）控制系統(tǒng)缺乏的調(diào)節(jié)策略?？刂葡到y(tǒng)智能程度低，僅僅支持泛泛的啟?？刂频取Ｔ诳刂撇呗栽O(shè)計(jì)時(shí)，缺少空調(diào)的支持。
7）選配的電氣設(shè)備容量偏大。UPS的使用容量低，導(dǎo)致?lián)p耗多。變壓器也存在同樣問題，使得使用效率低，損耗嚴(yán)重，電氣設(shè)備損耗占總能耗的10%左右。
4.2運(yùn)行管理方面
調(diào)研結(jié)果表明，運(yùn)行管理方面存在的問題更多，在每一個(gè)環(huán)節(jié)都會出現(xiàn)問題。
運(yùn)行管理部門始終把數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行擺在，往往強(qiáng)調(diào)安全，而忽視了節(jié)能，導(dǎo)致許多節(jié)能措施不敢使用，這是阻礙節(jié)能管理水平提高的重要原因之一。實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)把握好安全與節(jié)能的關(guān)系。通過了解安全風(fēng)險(xiǎn)因子，了解節(jié)能措施的影響程度，可以加深對安全生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)的科學(xué)認(rèn)識，在安全可控的前提下，加強(qiáng)節(jié)能運(yùn)行管理。
1）設(shè)備維護(hù)不及時(shí)
冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)的水質(zhì)沒有嚴(yán)格的質(zhì)量管理。盡管多數(shù)單位有的水質(zhì)維護(hù)，但水質(zhì)的質(zhì)量管理形同虛設(shè)，沒有明確的考核檢查標(biāo)準(zhǔn)。冷卻塔填料結(jié)垢十分普遍，也沒有及時(shí)清洗。
冷水機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率與機(jī)組標(biāo)稱值之間相差較大，冷水機(jī)組運(yùn)行效率有待提高。風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)也需要及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，但許多數(shù)據(jù)中心缺少對空調(diào)的養(yǎng)護(hù)，使得運(yùn)行效率逐年下降。
2）管路及附件維護(hù)不到位，疏于操作
水路上的閥門不管是手動(dòng)還是自動(dòng)模式，普遍存在關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象，導(dǎo)致水流旁通。不僅浪費(fèi)水泵功耗，還降低了機(jī)房空調(diào)制冷量。溫度與壓力計(jì)量儀表多數(shù)不能使用，形同虛設(shè)。
臺數(shù)切換時(shí)對應(yīng)閥門也需進(jìn)行切換，但由于加大了操作人員的工作量，一般不會落實(shí)這項(xiàng)操作。
3）粗放式運(yùn)行管理
無論是否需要，機(jī)房內(nèi)空調(diào)全部開啟運(yùn)行，使得精愛空調(diào)的能耗與冷水機(jī)組能耗相當(dāng)，大大超出送風(fēng)系統(tǒng)的能耗標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)中心都設(shè)計(jì)安裝了水系統(tǒng)變頻設(shè)備，但是實(shí)際運(yùn)行未落實(shí)，不能根據(jù)水系統(tǒng)溫度的變化進(jìn)行變流量運(yùn)行。水系統(tǒng)輸送能耗約占冷水機(jī)組能耗的50%以上，不能隨主機(jī)負(fù)荷隨動(dòng)調(diào)節(jié)。
冷水機(jī)組的啟停數(shù)量也是*經(jīng)驗(yàn)化運(yùn)行，機(jī)組臺數(shù)的選擇缺乏依據(jù)，機(jī)組不能在高效區(qū)運(yùn)行，使得機(jī)組運(yùn)行效率不高。冷水機(jī)組的供水溫度沒有隨著室內(nèi)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，基本全年恒定溫度運(yùn)行。
機(jī)房內(nèi)溫度設(shè)置偏低。強(qiáng)調(diào)運(yùn)行的安全性后，使機(jī)房內(nèi)回風(fēng)溫度較低，如有的機(jī)房要求保持在22℃左右，這樣冷水機(jī)組出水溫度一直壓低在7℃，自然冷卻的空間也大大壓縮。
以上這些因素交織在一起，往往造成數(shù)據(jù)中心的能耗居高不下。
5安科瑞為數(shù)據(jù)中心提供的電力監(jiān)控解決方案
5.1配電管理解決方案
AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
5.1.1交流系統(tǒng)
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-E4
電流互感器AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系統(tǒng)
1)功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-DE
霍爾傳感器AHKC-F-XXA/5V
開關(guān)電源SBD-30（48V）
產(chǎn)品規(guī)格
說明：■為標(biāo)配功能。
配套附件
配套附件
5.2AMB智能小母線管理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
產(chǎn)品介紹
說明：■為標(biāo)配功能。
參考文獻(xiàn)：
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【3】卜東潔，王克勇，潘俊等.數(shù)據(jù)中心機(jī)房升溫的研究[J].建筑節(jié)能，2015(5):31-33
【4】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版
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