摘要：綠色數(shù)據(jù)中心的理念，也令順利獲得上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)的用能指標(biāo)批準(zhǔn)優(yōu)刻得青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心獲批上海新建用能指標(biāo)，這些技術(shù)將繼續(xù)用于青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心的建設(shè)，發(fā)力新基建。該數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到。

?環(huán)保意識(shí)的提高，使數(shù)據(jù)中心的能耗日益成為關(guān)注點(diǎn)。近年來，UCloud探索實(shí)踐了多項(xiàng)節(jié)能減排技術(shù)，并在自建的烏蘭察布數(shù)據(jù)中心取得了良好效果，電能使用效率PUE維持在1.3左右。綠色數(shù)據(jù)中心的理念，也令UCloud順利獲得上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)的用能指標(biāo)批準(zhǔn)（UCloud 優(yōu)刻得青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心獲批上海新建IDC用能指標(biāo)），這些技術(shù)將繼續(xù)用于UCloud青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心的建設(shè)，發(fā)力新基建。

PUE概念簡(jiǎn)介
電能使用效率（PUE）最早是2006年由微軟的數(shù)據(jù)中心專家Christian Belady提出，用于衡量能源利用率。從本世紀(jì)初起，國(guó)際上愈發(fā)重視數(shù)據(jù)中心的能耗問題，PUE已發(fā)展成為一個(gè)全世界普遍接受的數(shù)據(jù)中心能耗標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)中心的 PUE 值等于數(shù)據(jù)中心總能耗與 IT 設(shè)備能耗的比值，因此總是大于1。比值越小、越接近1，表示數(shù)據(jù)中心的能源利用率越高，越符合低碳、節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。

《上海市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)導(dǎo)則（2019_版）》中，對(duì)PUE的計(jì)算做了嚴(yán)格而細(xì)致的規(guī)定。

國(guó)際國(guó)內(nèi)進(jìn)展

歐美國(guó)家在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)上起步更早，也從很早前就開始注重環(huán)保，探索出了風(fēng)冷、水冷等多種自然冷卻手段，結(jié)合全新的配電設(shè)計(jì)和熱通道控制，將PUE維持在一個(gè)很優(yōu)秀的水平上。
例如亞馬遜、谷歌、微軟都喜歡將數(shù)據(jù)中心建在愛爾蘭，除了稅收優(yōu)惠和大西洋沿岸豐富的光纖資源之外，當(dāng)?shù)貧夂蚝洌浅Ｓ欣谧匀伙L(fēng)冷卻設(shè)計(jì)。微軟都柏林?jǐn)?shù)據(jù)中心是微軟最節(jié)能的設(shè)計(jì)之一，能源和水的消耗大幅減少，曾被評(píng)為“歐洲最佳企業(yè)數(shù)據(jù)中心”，堪稱數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的里程碑。其PUE值為1.25，而行業(yè)平均值在2.0左右。此外，拋棄了傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)后，每月還能節(jié)省1800公升水。

圖：微軟都柏林?jǐn)?shù)據(jù)中心此后Facebook 數(shù)據(jù)中心（ PUE=1.15）、谷歌比利時(shí)數(shù)據(jù)中心（ PUE=1.16）相繼落成，成為全球最最節(jié)能的幾個(gè)數(shù)據(jù)中心之一，而雅虎紐約洛克波特?cái)?shù)據(jù)中心，位于尼亞加拉大瀑布，建筑被專門設(shè)計(jì)為巨大的“雞窩”形狀用于空氣處理，PUE達(dá)到了近乎極限的1.08
在國(guó)內(nèi)，政府相關(guān)部門也已開始規(guī)劃綠色數(shù)據(jù)中心的路線圖，按照《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》，到2018年，我國(guó)云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)原始創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.5；到2020年，形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.4。

能耗分析
數(shù)據(jù)中心的能耗一般由IT設(shè)備能耗、UPS 轉(zhuǎn)化能耗、制冷系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗、新風(fēng)系統(tǒng)能耗、弱電系統(tǒng)能耗等多部分組成。如果想降低PUE，就需要采取對(duì)應(yīng)的措施，例如，采用轉(zhuǎn)換效率高的 UPS 系統(tǒng)、采用高效節(jié)能的綠色制冷系統(tǒng)、采用 LED 綠色節(jié)能光源等。

（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）由上圖可知，無效能耗中，占比最大的是制冷，因而對(duì)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化也是最具效益的。

方案調(diào)研
我們調(diào)研了各類制冷方式，包括：風(fēng)冷直膨式空調(diào)、風(fēng)冷式冷水系統(tǒng)、水冷式冷水系統(tǒng)、新風(fēng)直接冷卻系統(tǒng)、間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)和液冷機(jī)柜系統(tǒng)。
每種制冷方式都存在一定的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)，在能源效率、水資源利用效率、環(huán)境適應(yīng)性、建筑條件適應(yīng)性、高密支撐能力、供應(yīng)鏈成熟度等方面各有千秋。設(shè)計(jì)制冷方案時(shí)需結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)和需求，因地制宜，多角度比選。

烏蘭察布地區(qū)低溫、缺水，所以我們的數(shù)據(jù)中心采用了帶自然冷卻功能的風(fēng)冷式冷水系統(tǒng)，可以利用自然冷源減低數(shù)據(jù)中心的PUE，同時(shí)具備節(jié)約水資源的優(yōu)勢(shì)，具有很高的環(huán)境和資源友好性。而上海地區(qū)氣象高溫、高濕，水資源相對(duì)豐富、土地資源緊張，為了達(dá)到理想的PUE，UCloud青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心采用了能源效率更高的水冷式冷水系統(tǒng)和間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組置于屋頂，為頂層機(jī)房模塊制冷，其余樓層采用水冷式冷水系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)PUE指標(biāo)達(dá)到1.29。

建模和參數(shù)優(yōu)化
設(shè)備選用后，我們運(yùn)用多年數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)積累下來的數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)完整的能耗模型。并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，測(cè)算節(jié)能的效果，并與預(yù)期做比對(duì)。發(fā)現(xiàn)的偏差用于參數(shù)的調(diào)整，并重新反饋給模型。經(jīng)過多輪次的參數(shù)優(yōu)化，終于達(dá)到了預(yù)期效果。

其它節(jié)能措施
建筑節(jié)能

建筑設(shè)計(jì)從方案設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)整個(gè)過程充分考慮建筑節(jié)能措施，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、各朝向的窗墻比以及外遮陽系數(shù)均滿足國(guó)家《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。主機(jī)房不設(shè)外窗，以保證室內(nèi)良好的熱工性能。
給排水節(jié)能

各類水泵根據(jù)管網(wǎng)水力計(jì)算選擇和配置，保證水泵工作時(shí)高效率運(yùn)行，設(shè)計(jì)工況時(shí)的效率符合《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》節(jié)能評(píng)價(jià)值要求。
冷源系統(tǒng)節(jié)能

冷源系統(tǒng)均采用符合《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》的高效能變頻離心機(jī)組，COP＝7.1，名義工況制冷性能系數(shù)COP＝6.4，制冷綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV不低于6.0，冷源系統(tǒng)綜合性能系數(shù)SCOP不低于4.4，蒸發(fā)側(cè)溫度設(shè)置為17/23℃，冷凝側(cè)溫度設(shè)置為33/39℃，提高蒸發(fā)側(cè)對(duì)數(shù)平均溫差，降低冷機(jī)的壓比，從而提高冷水機(jī)組的電制冷效率。
全部冷源均接入BAS系統(tǒng)，全自動(dòng)控制，可以根據(jù)負(fù)荷變化（回水溫度）而自動(dòng)調(diào)節(jié)供冷量及運(yùn)行頻率（變頻），進(jìn)一步提高整體運(yùn)行效能。
冷源系統(tǒng)配置板式換熱器，根據(jù)室外季節(jié)溫度變化，采用電制冷、部分自然冷卻、完全自然冷卻三種模式自動(dòng)調(diào)節(jié)，最大限度利用自然冷源，減少化學(xué)能源消耗。

高壓直流供電技術(shù)

與傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)相比，高壓直流系統(tǒng)將整流逆變環(huán)節(jié)減少了，不僅大大降低了損耗，工作效率顯著提高，而且減少了元器件的數(shù)量，能夠顯著降低設(shè)備成本。
熱回收技術(shù)

采用水源多聯(lián)機(jī)對(duì)機(jī)房余熱進(jìn)行回收利用，在冬季為電池室和辦公空間供暖，可以有效降低采暖能耗；水源多聯(lián)機(jī)還可以在夏季為電池室和辦公空間制冷，提高了設(shè)備利用率。

實(shí)踐效果
系統(tǒng)運(yùn)行后，我們首先將其應(yīng)用在烏蘭察布數(shù)據(jù)中心，測(cè)算到PUE值為1.3，具備顯著的節(jié)能效果。由于在機(jī)房熱源中，散熱始終是占比很高的一項(xiàng)，所以在發(fā)電價(jià)高的一線城市，這個(gè)方案同樣擁有很高的吸引力。《上海市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)導(dǎo)則（2019_版）》中，規(guī)定本市新建數(shù)據(jù)中心當(dāng)年P(guān)UE不應(yīng)高于1.4，第二年P(guān)UE不應(yīng)高于1.3，我們的技術(shù)積累也會(huì)有充分的用武之地。

小結(jié)
綠水青山就是金山銀山，UCloud在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，也不忘社會(huì)使命感，秉承綠色環(huán)保理念，為國(guó)內(nèi)的新基建添磚加瓦。UCloud自建的青浦?jǐn)?shù)據(jù)中心，將以大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用為突破口，力爭(zhēng)覆蓋民生、政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)等諸多領(lǐng)域。