從EER到AEER:數據中心的發展促進機房溫控系統標準的升級

文｜深圳市英維克科技有限公司 陳 川

不斷上升的運營費用已經成為降低數據中心全生命周期成本的瓶頸，提高數據中心的能效以及增強管理水平是降低全生命周期運營成本的關鍵，數據中心的建設將更加注重采用低能耗、易管理的技術和方案。

IDG的數據顯示，在整個數據中心的運營過程中，溫控系統（機房空調）的能耗占比已經達到了40%（大型數據中心的溫控系統耗能約占37%，在小型機房及基站中，溫控系統耗能約占50%），被列為除服務器、交換設備等主設備之外最重要的節能降耗關鍵點。因此推動溫控系統（機房空調）能效評估標準以及檢測方式的升級是降低數據中心能耗以至整體運營成本的有效手段，同時也是引導制造廠家研發、生產新型溫控系統（機房空調）及解決方案制定的有力手段。

一直以來，數據中心溫控系統（機房空調）的能效評估采用的是空調行業通用的方法：EER（Energy Efficiency Ratio）——空調機組的能效比。能效比EER測試數值確實能反映出機組的整體設計思路以及元器件匹配等技術水平，不斷地提高能效比EER的限值，一直是空調行業用以提升產業能效的有效方法。由于數據中心溫控系統（機房空調）已經有40多年的發展歷史，市面常見的數據中心溫控系統（機房空調）已經趨于同質，各廠家機組的能效指標EER也達到一定的水平，因此為提高能效和追求更高的EER值，則需要采用一些高效且昂貴的部件，但這樣將不斷地提高溫控系統（機房空調）的制造成本，無疑會使數據中心的建設成本大大提高。因此制冷行業的專業人士開始思考，單純提高EER值是否是提高溫控系統（機房空調）能效的最佳方式？是否能適應現代數據中心建設的發展趨勢？

越來越多的業內人士已經意識到，采用能效比EER對數據中心溫控系統（機房空調）的評估有一定的局限性，它只能反映機組在單一工況條件（夏季）運行的能效，對于舒適性空調等只在夏季工作的空調系統是非常適合的。但是數據中心是每天24小時、全年365天運行的，采用的數據中心溫控系統（機房空調）也是需要全年不間斷運行的；由于室外環境會有春、夏、秋、冬四季的變化，數據中心溫控系統（機房空調）的能效應該是不同的，而采用能效比EER來進行評估，則只能體現出制冷系統在單一季節（夏季）的能效，而無法體現出溫控系統（機房空調），采用了適應室外環境變化（其他三個季節），尤其是冬季低溫環境以及采用自然冷源技術的機組的實際能效， 因而也無法完全反映出機組全年運行的真實情況，已經不能對數據中心溫控系統（機房空調等）的發展起到指導作用。

開始執行的國家標準《計算機和數據處理機房用單元式空氣調節機》（GB 19413-2010）中，將采用全年能效比AEER（Annual Energy Efficiency Ratio）替代能效比EER對數據中心溫控系統（機房空調）進行限值。

在對原國家標準《計算機和數據處理機房用單元式空氣調節機》（GB 19413-2003）進行修訂的過程中，專家們已經深切注意到數據中心全年運行的特點以及溫控系統（機房空調）的運行環境與舒適性空調以及中央空調有著顯著的區別：室內熱負荷是相對恒定的，特別是當機房熱密度很高，室外溫度的變化對室內負荷的影響越來越小，而室外環境溫度變化對全年運行能耗的影響能夠體現在機房設備本身的能耗變化和制冷量變化上。因此針對數據中心的運營特點，采用新概念——全年能效比AEER對數據中心溫控系統（機房空調）的全年能效進行計算，將可以計算出數據中心溫控系統（機房空調）的全年制冷能效。

全年能效比 AEER，就是將室外的環境按照一定的比例（10℃）設為間隔區間，增加測點，分別進行EER值的測定，按照溫度分布系數（來源全年溫度的小時數分布在溫度段中的百分比），用以確定每個測試工況點下能效比的權重，最后對每個區間測定的EER值進行加權計算，就得出了機組的全年能效比——AEER值。

由于地點的不同，溫度的分布系數相差很大，由此計算出機組的AEER值也會千差萬別，無法用于衡量機組的實際能效水平。因此為了能統一進行測試及評估，并能反映出機房空調在室外溫度較低情況下的節能性，希望能以某一地的溫度分布作為統一核算的基準，如圖1所示。

綜合考慮各地的溫度分布以及數據中心溫控系統（機房空調）的運行、使用特點，《計算機和數據處理機房用單元式空氣調節機》（GB 19413-2010）的編委最終確定以北京的氣象數據作為計算全年能效比AEER的溫度分布系數的依據，其余地區可參考實行。對水冷式機房空調的全年能效比，由于冷凝壓力的變化范圍較小（進水溫度和流量閥共同控制），不同工況下的能效比變化不大，就采用A工況的能效比作為全年的能效比。如表1所示。

1 機房空調的全年能效比（AEER）的計算

AEER；全年能效比。

EERa；在A 工況條件下能效比。

表1

Ta-Te；機房A-E工況溫度分布系數。

舉例說明AEER的計算過程：

例如，一臺機房空調測試的各工況點EER值，如表2所示。

表2

溫度分布系數，如表3所示。

表3

則本機房空調的全年能效比：

第2代320排螺旋CT機的球管旋轉時間為0.3 s，時間分辨率為0.275 s，同時聯合三維自適應迭代劑量降低(adaptive iterative dose reduction-3D，AIDR-3D)、自動曝光控制等技術，在保證圖像質量的情況下，輻射劑量也較第1代CT機明顯降低[6]。目前，尚無針對全肝CTPI在這方面的研究。此外，既往研究中不同CTPI設備、灌注模式的灌注參數差異較大[7-11]，影響病灶的動態隨訪。因此，本研究分析了兩代320排螺旋CT機全肝灌注成像中輻射劑量及灌注參數的差異。

AEER=2.51×7.2% + 3.12×28.1% +3.71×23.1% + 3.76×21.0% + 3.78×20.6%=3.48

一臺基站空調測試的各工況點EER值，如表4所示。

表4

基站空調在室外環境溫度較低時（低于0攝氏度），一般關閉制冷運行。因此，以Ta、Tb、Tc、Td四個工況點的EER作為計算AEER的依據。

則本基站空調的全年能效比：

AEER=（2.51×7.2% + 3.12×28.1%+ 3.71×23.1% +3.76×21.0%）/（7.2% +28.1% + 23.1%+21.0%）=3.41

2 機房空調的能效比限值

全年能效比AEER表達了數據中心溫控系統（機房空調）的實際運行能源效率情況，更準確的表達了能耗狀況，并替代了原標準中按制冷量的分段，取消了不同的制冷量段對能效比有不同的限值，僅以不同的冷卻形式確定能效比的限值要求。機房空調的全年能效（AEER）比限值。

3 風冷式AEER限值

根據試驗測試，某機組在原標準工況下EER=2.5，如果不做改變，根據新國標核算出的AEER=2.9，而2010版的新國標已經將風冷式機組的AEER限值制定到3.0，這樣有意地促使生產廠家進一步的提高技術水平。

圖1 全國省會城市溫度分布圖

4 水冷式AEER限值

不同于風冷式的計算方法，水冷式AEER等于A工況（名義工況）的EER，出于以下考慮：

A工況的EER代表了機組的能效水平。A工況EER和其他進水溫度下的EER是同步的，也就是說，A工況EER高，其他工況下也高；A工況低，其他工況下EER也低。在較低進水溫度下，沒有專門的技術或設施來提高能效。

相對于風冷機組，較高能效的水冷式機房空調設計上相對容易。水冷式機房空調的主要應用矛盾在室外冷卻水系統。

5 采用全年能效比AEER評估的指導意義

從圖2可以看出，同樣是能效比EER為2.5的風冷溫控系統（機房空調），在環境溫度20℃ （Ta, Tb）以上時，能效是看不出差別的。但當環境溫度降到20℃以下時，標準風冷系統的能效基本保持穩定，但采用了自然冷源或者適應低溫環境技術運行的節能技術后，其能效比與標準風冷機組的差距就會逐步拉大（甚至可以提高到50%以上），經過加權計算全年能效比AEER可以比標準風冷機組高18.6%。

圖2

采用全年能效比AEER來評估數據中心溫控系統（機房空調），可以開闊開發人員的視野，拓展機組的設計思路，挖掘出設計的潛能；可在機組成本增加不多的情況下，推動制造廠家研究提高低溫環境運行的能效以及開發出利用自然冷源的技術，將大大地推動數據中心溫控系統（機房空調）行業不斷進步和發展。

6 結束語

（1）數據中心的建設將更加關注系統運行的可靠性及能效提高的需求，促進了數據中心溫控系統（機房空調）的國家標準升級。

（2）全年能效比AEER的提出可以引導用戶關注數據中心以及溫控系統（機房空調）全年的能效水平，并可以根據應用環境的不同，選擇更適合應用的數據中心溫控系統（機房空調）產品。

（3）全年能效比AEER的運用可以引導生產廠家不僅僅注重提高機組在夏季（單一工況）的能效比EER，同時可以采取技術手段提高機組在其他三個季節（多工況）下運行時的能效比EER值，開拓了產品研發的設計思路，拓寬了新技術的應用和空間。

（4）采用全年能效比AEER對數據中心溫控系統（機房空調）進行評估，可以推動數據中心更多地采用自然環境冷源。促使生產廠家研制新的技術來實現溫控系統（機房空調）可以在一年四季不同的溫度條件下，使機組運行都能夠達到最高能效。