數據中心空調應“量體裁衣”
——訪中訊郵電咨詢設計院有限公司教授級高工李紅霞

整理 鄭建星

截止2017年底，我國數據中心年耗電量超過全社會用電量的1.5%。PUE（power usage effectiveness）為數據中心年總耗電量/信息設備年耗電量的比值，目前我國數據中心PUE普遍高于2.0。空調系統能耗占比約40%，如何降低空調系統能耗的問題亟待解決。

審視特殊行業領域

“有關標準是不合理的”，中訊郵電咨詢設計院有限公司教授級高工李紅霞在近期某次會議上表態。這個否定的對象是相關數據中心的建設標準被歸屬到民營建筑設計里，從根本上混淆了這兩種不同的場所對空調設備的個性化需求。

而對于設計師來說，所建數據中心的實際用途，以及建設單位的根本訴求都是需要在設計初期完全了解掌握的。

數據中心建筑外觀形象比較簡單，可類比為一個火柴盒。其內部系統包括機房、動力站、冷卻塔、冷凍站、配電柜，整個系統都是為機房的數據服務。

以某一個真實的數據中心為例，單機柜功耗4～6 kW/柜，建設標準參考T3等級，從主要投資部分各項占比數據分析可以看出，電源工程占比最大，高達46.81%，而在用電能耗中，空調系統耗電量約占整個機房用電量的30%～40%。空調系統是數據中心的基礎保證，數據中心空調與一般民用建筑空調不同，主要目的是消除機架散熱量，保證機房正常運行，需全天24 h制冷運行。空調系統是一個系統工程，和氣候有關，受能源政策、法規等影響，冷源方式差異也較大。那么，合理設計空調系統、降低空調系統運行成本，對IDC機房的建設、運行、維護起著重要作用，設法節省投資，降低能耗，是空調系統設計部門的核心思路。

“數據中心系統建設是為機房數據服務，而不是為人服務的。”李紅霞在會議上特別強調了數據中心和一般領域的區別。同時她還認為，要以特殊需求作為配置空調系統的出發點方能建設好數據中心。

甄選差異解決方案

集中水冷式空調系統、集中風冷冷水空調系統、分散直膨式空調系統是常規的三種數據中心機房空調系統。李紅霞對三者的能耗、投資、運維的區別及如何合理地進行系統選型進行了深入的分析。

水冷冷水式空調系統運行效率較高，能實現更低PUE。傳統風冷精密空調能實現靈活配置、分期部署，但是運行效率較低，機房PUE較高，室外機占地面積大，其特點與風冷冷水空調系統相同。分散直膨式空調系統能夠利用室外低溫空氣、減少主機運行時間、合理設計氣流組織等方式有效降低能耗水平。

從節能的角度考量，不同設備的實際能耗并非一成不變，還可以采用變頻技術、提高主機供水溫度、提高機房送風溫度等方式達到減少能耗的效果。當然，這需要設計方和項目方的細致工作。

從經濟效益考慮，三種設備的優先順位又有不同。以一個小于2 000個機柜的數據中心為例，集中空調每年運行維護費用200萬～300萬元，耗水20萬m3。而分散空調系統每年僅需不到100萬元運行費用。因此從運維成本來看，分散空調系統更具優勢。

總的來說，數據中心空調系統建設應根據國家節能、環保的相關要求，在滿足機房安全生產的前提下，綜合空調系統運行的投資和運行費用，通過技術經濟比較來確定其形式。需要注意的是，采用集中式冷凍水系統配置時應考慮水資源不足的風險，提前做好水資源專項評估工作。

總結上述分析，李紅霞給出了數據中心空調系統的選型建議：大型數據中心機房適合采用集中水冷空調系統，小型或發展緩慢的數據中心機房采用分散風冷空調系統更靈活，而水資源匱乏地區可以因地制宜采用風冷冷水空調系統或分散式空調系統。

推敲合理系統設計

通信建筑空調系統建設是一項系統工程，涉及到建筑設計、工程管理、通信設備實施、運行維護等多個方面。一旦忽視某一點都會造成先天不足、后期需要改造的情況。

為此，李紅霞給出了三點規范性建議：第一，在實際工程建設中，空調系統建設具有一定的靈活性，應當適應客戶不同標準的需求，選擇適宜的方案。第二，在空調系統設計中應充分考慮分期建設實施的情況，以備在后期的服務器安裝時，根據客戶實際需要功率作相應快速、便利地調整。第三，在滿足標準要求條件下，空調系統設計越簡單越好，方便后期運維時進行快速維護檢修。

在具體技術范疇，李紅霞提出了設計時應當確保適宜的圍護結構，不可過度強調保溫，同時加強氣密性，盡可能減少新風量。還需要盡可能提高冷源溫度（由7 ℃/12 ℃提升為12 ℃/18 ℃），延長自然冷卻時間，提高制冷機的COP。精細運行合理節能的空調設計方案同樣必不可少，能夠最大限度地促使空調系統節能運行。

在技術領域之外，李紅霞提醒設計師不要只把目光局限在具體的數值上，即空調的投資與PUE值相關，但數據中心建設不應為節能而節能，“單純追求PUE值是不科學的，應設法找到一個經濟合理的平衡點。”

在移動互聯網、云計算、大數據等新興產業快速發展的推動下，數據中心的優化不可或缺。作為該領域的翹楚，李紅霞對實際工程設計應用做出精準分析，針對數據中心建設的問題，深刻闡釋了數據中心空調選型、運維、系統設計等內容。力求讓空調系統契合使用場所的特殊需要，在節能、穩定和建設過程中的靈活性上獲得優化，為行業的發展帶來切實的理論支持。這是數據中心領域進一步發展的根基，同時也是一位學者兼技術人員最高價值的體現。