“雙碳”背景下綠色低碳數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)應(yīng)對策略

何運(yùn)全

中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇 南京 210000

引言

我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)正處于飛速發(fā)展階段，雖然造就了繁榮景象，但同時也在某種程度上對生態(tài)環(huán)境造成了傷害，為防止該情況繼續(xù)蔓延，便要提高對環(huán)境污染、資源過度使用等問題的重視程度。我國政府在近年來大力推進(jìn)綠色、減排技術(shù)的研發(fā)及普及，并且提出了“2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。通過實(shí)行綠色低碳的理念，來減少對環(huán)境的破壞[1]。

1 雙碳背景下綠色低碳數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)內(nèi)容

①營造節(jié)能高效的運(yùn)營環(huán)境。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，行業(yè)建設(shè)水平不斷提高，對運(yùn)營環(huán)境的要求越來越高，設(shè)計(jì)過程中需綜合考量多方面因素，對環(huán)境溫度、物理路由、功能流線、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計(jì)。②提升高效清潔能源利用水平，最大限度地應(yīng)用自然能源，并進(jìn)一步提高能源利用率，有效降低PUE。③節(jié)能。選取合適節(jié)能的設(shè)備，引入新型節(jié)能技術(shù)，將應(yīng)用于關(guān)鍵能耗部位，以此控制實(shí)際能耗。同時通過設(shè)計(jì)手段控制建筑自身節(jié)能，促使建筑自然采光、通風(fēng)和節(jié)能均符合設(shè)計(jì)要求。④選取自然建筑材料。以低碳概念為設(shè)計(jì)基本理念，需選取當(dāng)?shù)刈匀皇┕ぴ牧?，展示?dāng)?shù)貐^(qū)域特色的同時，節(jié)省相應(yīng)的成本，但具體使用過程中，需對其進(jìn)行系統(tǒng)性質(zhì)量檢查，嚴(yán)禁有害物質(zhì)超標(biāo)。⑤智能化、精細(xì)化的運(yùn)營和管理。運(yùn)用智能化集中運(yùn)營管理平臺，對數(shù)據(jù)中心運(yùn)營狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控，動態(tài)監(jiān)管和調(diào)整，也是節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)[2]。

2 綠色低碳概念在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中運(yùn)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心行業(yè)在踐行綠色低碳理念時，仍處于實(shí)踐探索階段，國家已經(jīng)針對不同地區(qū)、不同氣候條件對于數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)PUE值和實(shí)際運(yùn)營PUE值，提出了有針對性的限制要求，不同地方要求有所不同，且各地在執(zhí)行力度上也有所不同，有的城市在國家要求的基礎(chǔ)上提高該限制性要求的標(biāo)準(zhǔn)，有的地方有相應(yīng)的政策扶持。不同的地區(qū)氣候條件和清潔能源的資源也有很大差異。所以在制定技術(shù)方案時也勢必有所不同，具體還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、市政條件和客戶需求，制定差異化的解決方案。同時，國內(nèi)大量的存量數(shù)據(jù)中心在踐行綠色低碳理念時存在更加復(fù)雜的自身限制條件，也要有針對性的制定獨(dú)特的解決方案和策略。除此之外，還存在部分企業(yè)對于綠色低碳理念認(rèn)識不足，在制定設(shè)計(jì)方案中會出現(xiàn)形大于實(shí)的情況，不僅未深入貫徹綠色低碳的生態(tài)建設(shè)理念，還因形式化設(shè)計(jì)影響了項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量與運(yùn)行效率?；诖?，為了更好地在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中落實(shí)綠色低碳設(shè)計(jì)，必須在行業(yè)全面普及綠色低碳理念，通過多部門的共同協(xié)作努力，不斷提高數(shù)據(jù)中心綠色低碳設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性[3]。

3 雙碳背景下綠色低碳數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的有效應(yīng)對策略

3.1 合理選址

圖1 甘肅蘭州某數(shù)據(jù)中心效果圖

將綠色低碳概念有效落實(shí)到數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中去，首先應(yīng)該合理選取建設(shè)地址，即應(yīng)該考慮項(xiàng)目所處的實(shí)際氣候與區(qū)域資源環(huán)境：①盡可能選址在水力、風(fēng)力、太陽能發(fā)電等清潔可再生能源充足的地區(qū)以及能充分利用工業(yè)廢棄能源的地區(qū)，便于就地消納新能源、高效利用清潔能源和可再生能源，并且可以采用市場化采購可再生能源來實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)[4]。例如甘肅蘭州某數(shù)據(jù)中心，通過購買可再生能源電力（含風(fēng)電、水電等）實(shí)現(xiàn)了碳中和的目標(biāo)。②盡可能選址在氣候環(huán)境溫度相對較低的地區(qū)且能充分利用自然冷源的地區(qū)?？刹捎蔑L(fēng)側(cè)自然冷卻、水側(cè)自然冷卻以及冷媒側(cè)自然冷卻等自然冷卻技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)地點(diǎn)的氣候條件、空氣質(zhì)量、資源情況、初投資及運(yùn)行費(fèi)等因素綜合分析，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定具體采用何種自然冷卻方式及采用何種自然冷卻裝置與制冷設(shè)備的搭配方式。從而充分利用自然冷源，有效降低數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目整體的PUE。③針對常年主導(dǎo)風(fēng)向差別較大的地區(qū)，可以采用建筑布局合理順應(yīng)常年主導(dǎo)風(fēng)向，保證室外散熱設(shè)備的良好通風(fēng)條件的設(shè)計(jì)策略。并且使散熱設(shè)備不影響場地外相鄰民用建筑及人行區(qū)的風(fēng)環(huán)境、不影響場地內(nèi)相鄰民用建筑及人行區(qū)的風(fēng)環(huán)境等。正確的選址，也將成為雙碳戰(zhàn)略的大背景下數(shù)據(jù)中心企業(yè)進(jìn)一步獲取發(fā)展機(jī)會的關(guān)鍵。

圖2 甘肅蘭州某數(shù)據(jù)碳中和證書

3.2 材料設(shè)備

數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建設(shè)中需要確保材料選擇使用的合理性，重視整體的環(huán)保屬性，首選無毒無污染材料。在進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，要使用具備綠色、環(huán)保屬性的材料，注重選擇其持續(xù)使用、可回收的特性，以此來實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的效果，同時，也要考慮防止在材料運(yùn)輸?shù)倪^程中出現(xiàn)大量能源消耗的情況。數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目有大量的如服務(wù)器、變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、空調(diào)等設(shè)備，在設(shè)備選擇時應(yīng)優(yōu)先選用有相關(guān)部門認(rèn)證的節(jié)能高效產(chǎn)品。制冷和空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)具備隨負(fù)載和室外環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)供冷量的能力，冷水機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)、供水設(shè)備等宜采用變頻設(shè)備[5]。

3.3 節(jié)能技術(shù)

在進(jìn)行綠色低碳數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時要考慮到實(shí)際建造水平，充分結(jié)合實(shí)際情況，將新型可再生能源、技術(shù)與設(shè)備合理應(yīng)用到項(xiàng)目中。①提升能源高效清潔利用水平。探索建設(shè)分布式光伏發(fā)電、燃?xì)夥植际焦┠艿扰涮紫到y(tǒng)，引導(dǎo)新型數(shù)據(jù)中心向新能源發(fā)電方向發(fā)展，就地消納新能源，推動新型數(shù)據(jù)中心高效利用清潔能源和可再生能源、優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，通過合理使用新型的再生能源，不僅能夠減少當(dāng)前不可再生能源的消耗情況，還能達(dá)到資源循環(huán)使用的效果。助力數(shù)據(jù)中心行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。②加快先進(jìn)綠色技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用。IT設(shè)備方面鼓勵應(yīng)用高功耗密度集成等高效IT設(shè)備?？照{(diào)制冷方面鼓勵采用液冷等高效制冷系統(tǒng)，選擇水冷冷凍水、磁懸浮等節(jié)能性制冷技術(shù)方案，采用蒸發(fā)冷卻、間接蒸發(fā)冷卻、高效冷站、模塊多聯(lián)蒸發(fā)冷卻熱管制冷、新風(fēng)直接自然冷卻等技術(shù)來充分利用自然冷源。也可采用節(jié)能性制冷方案，疊加能充分利用自然冷源的制冷方案。同時提升供回水溫度或者空調(diào)系統(tǒng)的送回風(fēng)溫度，延長自然冷源應(yīng)用時間。供配電及電源方面采用高壓直流等高效供配電系統(tǒng)、基于HVDC的預(yù)制化電力模組、能效環(huán)境集成檢測等高效輔助系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品，探索利用鋰電池、儲氫和飛輪儲能等作為數(shù)據(jù)中心多元化儲能和備用電源裝置。用水方面加強(qiáng)水資源的循環(huán)使用，控制水資源利用率WUE。③建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循被動節(jié)能措施優(yōu)先的原則，結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱和遮陽措施，降低建筑自身的用能需求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)根據(jù)全年動態(tài)能耗分析情況確定最優(yōu)值，并滿足不結(jié)露要求。④建筑方面滿足建筑在節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)境保護(hù)等綠色建筑以及海綿城市設(shè)計(jì)的要求。

3.4 全生命周期智能化管理平臺

積極利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、BIM技術(shù)等新興數(shù)字技術(shù)手段，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目全生命周期的智能管理能力。通過構(gòu)建基于3DGIS+BIM基礎(chǔ)平臺，集成采集設(shè)備、傳輸設(shè)備和管理設(shè)備等，將設(shè)備機(jī)房、數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)分散的多種監(jiān)控系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、空間規(guī)劃系統(tǒng)、運(yùn)維流程管理系統(tǒng)等，結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、采購與運(yùn)營管理等各階段，融合成為5D可視化管理平臺，并智能化分析功耗、服務(wù)器狀態(tài)、機(jī)房容量等，為項(xiàng)目管理運(yùn)營提供可靠保障，全面提高資源利用和管理效率[6]。

支持采用合同能源管理等方式，對高耗低效的數(shù)據(jù)中心加快整合與改造。

4 結(jié)束語

綜上所述，2021年7月工信部在其發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃（2021-2023年）》中提出了運(yùn)用綠色低碳技術(shù)建設(shè)新型數(shù)據(jù)中心目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2020年底，我國數(shù)據(jù)中心整體用電量占全國全社會總用電量的2.7%，預(yù)計(jì)未來5～10年內(nèi)，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用電量每年會增長10%。所以數(shù)據(jù)中心行業(yè)的綠色低碳對于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)影響重大。技術(shù)創(chuàng)新是根本，設(shè)計(jì)是引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心用能行為的關(guān)鍵，是減碳的基因。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中盡可能根據(jù)氣候條件、區(qū)域能源資源、項(xiàng)目定位、需求，合理選用節(jié)能設(shè)備，合理采用節(jié)能技術(shù)，以及合理設(shè)置全生命周期的智能化管理等系統(tǒng)性的綠色低碳措施，助力新型數(shù)據(jù)中心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也是作為一個社會生產(chǎn)參與者對于“雙碳”目標(biāo)應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。