IDC節能應用與運行安全綜述

王 平

（中移鐵通有限公司，北京 100000）

1 背 景

2020年9月22日，中國在聯合國大會上提出二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和（簡稱雙碳目標）。作為信息通信行業用電大戶的互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）正在積極落實國家的戰略部署，如何正確應用各種節能技術，把握好各種節能技術的適用范圍和應用條件是影響IDC運行安全的關鍵因素，應在確保IDC運行安全的前提下節能減排[1-3]。

2 IDC節能應用與運行安全

2.1 何為運行安全

IDC是隨著互聯網、大數據以及云計算技術的飛速發展其規模快速擴張的信息物理空間，在這樣的物理空間內，由計算機設備、服務器設備、網絡設備以及存儲設備等主設備來實現信息的處理、存儲、傳輸、交換以及管理等功能。為上述主設備提供能源的供電系統、確保設備運行可靠的制冷系統、消防滅火系統以及綜合監控系統等構成了物理空間的基礎設施系統。

IDC的運行安全就是指匯聚在IDC的信息能夠不間斷有序地正常安全運轉。因此IDC信息物理空間的主設備本身首先應穩定可靠，提供信息運行的網絡和路由等應暢通無阻，這是構成IDC運行安全的基本要素。其次是主設備服務的供電系統必須不間斷提供質量滿足要求的能源供應，制冷系統必須確保設備長期安全可靠運行所必須的溫濕度和潔凈度等環境要求。每一環節都是環環相扣、密不可分的安全節點，只有確保每個節點的安全才能確保IDC運行安全。

2.2 供電系統節能應用與運行安全

供電系統是設備運行的能源供應來源，沒有能源正常供應的系統無法運行。為了實現不間斷供電，供電系統除了要配備滿足后備時間要求的蓄電池組外，發電機組的合理配置與適度的冗余是也重要的安全保障因素。如何在“雙碳目標”提出的大背景下，在供電系統功率變換單元效率普遍提高的情況下進一步實現供電系統的節能減排，考驗著所有IDC運行維護人員。

為了進一步降低IDC整體電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）和供電系統自身的電能消耗，除了盡可能減少功率變換單元的過度配置外，其供電系統組成按照負載的重要程度和能源供應等級形成了一路市電加一路UPS供電系統、一路市電加一路240 V直流供電系統、N+1并聯冗余UPS供電系統以及2N雙總線UPS供電系統等多種供電形式。

從節能的角度來看，供電系統效率越高越節能。供電系統效率高除了功率變換單元效率高外，還意味著系統組成要簡單實用。如一路市電加一路UPS供電系統和一路市電加一路240 V直流供電系統，這兩種供電形式由于更多的運用了市電直供方式，因此減少了部分功率變換的能量損耗，使得供電系統的效率有所提升。這兩種供電系統的節能應用對于主設備供電等級要求較低的場合比較實用，對于由兩路互為在線備份的供電體系供電的主設備最為適用。不能滿足對供電等級要求比較高場合的主設備以及由兩路獨立但不能互為備份供電主設備的供電可靠性要求，這時就需要采用2N雙總線UPS供電系統（見圖1）為其供電。

圖1 雙總線冗余配置方式的組織構架圖

對于2N雙總線結構的UPS供電系統，供電系統的結構中沒有單點瓶頸，功率變換單元互為冗余備份，配電及供電線路全部互為備份，即使對一套系統全部停電檢修，也不會影響負載的正常供電。但由于功率變換單元互為冗余備份，帶載率低于50%，使得系統的效率較低，對于節能減排較為不利。

為了尋求供電可靠性與節能減排的相互平衡，在N+1并聯冗余塔式UPS供電系統的理念上發展而來的N+X并聯冗余的模塊化UPS供電系統的應用也越來越多。這種供電系統的整體效率較2N雙總線結構的UPS供電系統要高，因此節能減排的效果也更好。

2.3 空調節能應用與運行安全

隨著IDC主設備單機架功耗的提高，主設備對空調的依賴程度不斷增加，空調設備能否正常運行直接關系著主設備的運行安全。降低IDC的PUE值主要途徑就是要降低空調系統的能耗，由于空調系統的節能減排技術多且繁雜，必須因地制宜的運用好適合自身特點的空調節能減排技術才能事半功倍。

2.3.1 水冷空調節能應用與運行安全

大型水冷空調系統由于自身能效比高，因此在IDC的應用比較普遍。這種空調節能減排技術的運用對于降低IDC的PUE值起到了很好的作用，但由于大型水冷空調系統結構復雜，主機組、室外冷卻水塔、冷卻水泵、冷凍水泵、蓄冷罐、各種閥門以及室內末端空調等各個環節需要統一協調控制，而做到整體系統時刻處于最佳狀態需要維護人員的智慧與能力。因此這種節能減排技術的應用需要多方面共同努力才能確保IDC主設備運行環境的安全。

由于這種空調系統消耗水資源比較多，因此從系統設計到日常運維的各個環節都要從降低水資源消耗的角度考慮。機房內漏水報警系統的建立與正常運行必不可少，機房內疏通漏水的通道應合理并暢通，樓層間各種封堵應避免本樓層漏水外溢到下一樓層，循環水防結垢和防水藻問題也不容忽視。此外，閥門長期處于某種狀態造成鎖死情況也時有發生，只有確保上述每一環節不出紕漏，才能確保IDC設備運行環境的安全。

2.3.2 自然冷源節能應用與運行安全

為了盡可能降低能耗，最大程度利用自然冷源，IDC機房運用自然冷源空調節能技術的案例在不斷增加。其中大型水冷空調結合板換技術、直接引入式自然新風系統、間接換熱式自然新風系統、乙二醇干冷器熱交換系統、熱管技術以及氟泵技術等，就是充分利用自然冷源的案例。

無論應用什么節能技術，最終目的都是確保IDC設備在運行環境滿足要求的前提下降低能耗。而自然冷源與IDC所處地理位置與自然環境直接相關，這就決定了IDC機房處于室外溫度低于20 ℃且時間較長的地區更適宜采用這種技術。由于自然冷源空調與室外溫度直接相關，而室外溫度受季節、氣候以及白晝等多種因素影響，故采用自然冷源空調系統必須考慮上述各種因素對空調制冷作用的影響，特別應注意高溫潮濕的夏季。這些特點也決定了IDC要采用不同種類空調系統進行混合應用，充分利用它們各自的優點，如制冷效率高、節能減排以及投資少維護方便等，在盡可能多利用自然冷源的前提下保障機房環境需求。

2.3.3 列間空調節能應用與運行安全

列間空調應用于IDC機房既是解決高功率主設備散熱和熱島問題的有效方法，也是節能減排措施之一。將制冷單元靠近發熱設備，縮短送風距離，進行冷熱通道分隔，優化氣流組織，提高空調回風溫度。對于風冷形式的列間空調采用變頻壓縮機、電子膨脹閥以及配合EC風機等，所有這些節能措施的應用都在提高各個環節的效率，降低能耗。

列間空調對于保障高功率設備的運行安全十分必要，但也有投資高、施工難度大以及大規模精確控制需要智能監控系統的綜合管控等特點。

3 結 論

確保運行安全是IDC所有節能措施應用的前提，在節能應用的兩大領域中，空調系統的節能應用相比供電系統的節能應用效果更好。空調系統節能應用與IDC所處地理位置和氣候環境有直接關系，因此IDC選址對于節能減排也至關重要。為了實現“雙碳目標”，IDC節能應用會越來越普及，把握好節能與運行安全的關系勢在必行。