數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)數(shù)據(jù)的集中地，在企業(yè)運(yùn)營(yíng)中起到至關(guān)重要的作用，而隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)備密度的快速增長(zhǎng)，其效率問(wèn)題也越來(lái)越受到更多的關(guān)注。在影響數(shù)據(jù)中心效率的諸多因素中，電源的提供和制冷是非常關(guān)鍵的因素。傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)在解決集中熱負(fù)荷的問(wèn)題上也日益顯得力不從心，找到一個(gè)更加科學(xué)的制冷解決方案已經(jīng)刻不容緩。9月15日，中國(guó)綠色數(shù)據(jù)中心大會(huì)上，北京納源豐科技發(fā)展有限公司高級(jí)工程師介紹了數(shù)據(jù)中心整體效率的測(cè)量和節(jié)能改造。具體原文如下：

▲北京納源豐科技發(fā)展有限公司高級(jí)工程師 田浩

各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、同行，大家下午好，感謝大家能耐心在這里聽(tīng)我的報(bào)告，我是納源豐科技發(fā)展有限公司的工程師，我今天主題是“數(shù)據(jù)中心整體效率測(cè)量和節(jié)能改造實(shí)踐”。

我們的副標(biāo)題叫SIS分布冷卻技術(shù)及應(yīng)用。現(xiàn)在從物理模型來(lái)看，相當(dāng)于一個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)，它融合了對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱這種模式，熱力傳遞過(guò)程是通過(guò)服務(wù)器環(huán)境送風(fēng)，一直送到服務(wù)器冷源，這個(gè)模式的同時(shí)也造就了多尺度、多環(huán)節(jié)換熱網(wǎng)絡(luò)，在這樣的一個(gè)比較復(fù)雜的換熱體系里，這么多年把我們冷源溫度降低到5度左右，熱源溫度是50度，因此我們?nèi)藶樵斐闪?度到50度的溫差，這樣肯定會(huì)有固有的非常大的缺點(diǎn)。比如說(shuō)熱濕環(huán)境不均勻，這是我們遇到的最大的、最頭疼的問(wèn)題，局部過(guò)熱主要由于機(jī)柜分布密度比較大，再加上機(jī)柜的發(fā)熱量不均勻，局部熱點(diǎn)是經(jīng)常存在的。

另外，它是先進(jìn)行一個(gè)等式的降溫，送風(fēng)之前濕度是明顯過(guò)低的，在送風(fēng)之前要用加濕器對(duì)空氣進(jìn)行加濕，把空氣送出去，這是一個(gè)重復(fù)加濕的過(guò)程，也會(huì)人為增加空調(diào)的處理能耗。在冬季的時(shí)候，我親眼見(jiàn)過(guò)有些機(jī)房排水管還在排水。因?yàn)槲覀兡壳安捎玫氖潜容^集中的冷源模式，集中放在某些區(qū)域，為了滿足最不利送風(fēng)末端的風(fēng)量的需求，風(fēng)機(jī)要大功率的轉(zhuǎn)。這種情況下，再配合局部熱點(diǎn)的情況下出現(xiàn)，我們的能耗就會(huì)很大。包括自然通風(fēng)也好，空調(diào)熱回收技術(shù)也好，或者換熱器也好，我們?cè)谡{(diào)研過(guò)程中都遇到過(guò)這種技術(shù)。這些技術(shù)初期的時(shí)候還可以，但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，很多問(wèn)題都出現(xiàn)了，包括空氣的潔凈度、設(shè)備的維護(hù)，工作量是不是容易失效，換熱效率是不是降低有很多問(wèn)題，所以寧可多能耗也要保證運(yùn)行，所以最后機(jī)房運(yùn)行的能耗很大。

在三年前，公司跟清華大學(xué)合作，對(duì)北京市大概有50到60大型的政府機(jī)關(guān)，主要是一些辦公樓，銀行，還有自用的數(shù)據(jù)中心做了一次為期一年的調(diào)查分析，對(duì)不同類型，不同體量的進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)測(cè)試之后我們發(fā)現(xiàn)這里面的問(wèn)題還是比較多的，機(jī)房這個(gè)領(lǐng)域不測(cè)不知道，一些事情出來(lái)之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)神奇的領(lǐng)域里什么事情都有可能發(fā)生。有些比較大的，比如說(shuō)幾千平米的大的數(shù)據(jù)中心，尤其是銀行系統(tǒng)，它的空調(diào)的電耗，包括壓縮機(jī)、冷卻塔、加濕設(shè)備等等比例很高，最高能到60%左右。所以我們現(xiàn)在用的集中空調(diào)，從目前的調(diào)研情況看，從2009年到現(xiàn)在，已經(jīng)不能滿足機(jī)房日益增長(zhǎng)的設(shè)備增長(zhǎng)，對(duì)我們提高效率和降低成本的要求都是比較難以實(shí)現(xiàn)的。

說(shuō)了機(jī)房熱過(guò)程的物理模型之后，大家看一下通用指標(biāo)，如果按照PUE來(lái)講的話，本意來(lái)講衡量是整個(gè)機(jī)房運(yùn)行時(shí)候的能效，或者說(shuō)是用的電有多少是放在IT設(shè)備。這就是PUE指標(biāo)在我們看來(lái)會(huì)有非常大的局限性。這個(gè)指標(biāo)在衡量能效方面還是比較通用的指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)如果定義為冷卻效率的話，電耗既包括壓縮機(jī)的功耗，也包括風(fēng)機(jī)的功耗，也包括加濕設(shè)備等等，把這些全部算在內(nèi)，可以很好的控制能效。

這是上次調(diào)研中做的一個(gè)比較，如果換成是水冷空調(diào)，大家可以看到，如果從PUE值來(lái)講，兩者相差的并不是很大，如果我們用CE指標(biāo)來(lái)看，差別還是比較大的，CE指標(biāo)用于衡量冷卻設(shè)備的能耗比PUE更有效，更真實(shí)。

我們這么多年依托清華大學(xué)的技術(shù)平臺(tái)和資源，經(jīng)過(guò)了這么多年的研究，開(kāi)發(fā)出了分布式冷卻模式。模式原理是這樣的，從這張圖上來(lái)看，冷源和熱源之間的距離如果越大，或者室內(nèi)熱量采集末端尺度越大的話，理論上要付出最小的冷卻功耗。換言之，隨著這個(gè)尺度的增大，我們付出的冷卻能耗會(huì)有增長(zhǎng)。如果我們?cè)谑畮酌祝椎某叨壬蟻?lái)做文章的話，我們是它的80%、90%，如果用PUE這個(gè)概念，就是做到1.8到1.9的樣子。如果往前走，跟冷源、熱源之間的距離縮短到這個(gè)量級(jí)的話，比如做到機(jī)柜這個(gè)尺度上，就可以把制冷的能耗往下調(diào)一個(gè)量級(jí)，大概是30%以下，這個(gè)時(shí)候就有文章可以做了。

下面這張圖是美國(guó)工程師協(xié)會(huì)對(duì)機(jī)房的設(shè)備吸入的冷卻空氣參數(shù)有一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)定。早期來(lái)講，2004年標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)吸入空氣的溫濕度限定在很小的區(qū)域范圍之內(nèi)，就要求我們要做到精確的送風(fēng)，或者重復(fù)的除濕和加濕。如果達(dá)不到這個(gè)送風(fēng)要求的話，客戶就不會(huì)把服務(wù)器送到你這里來(lái)。到了2008年的時(shí)候，美國(guó)把這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)放寬了，2008年的標(biāo)準(zhǔn)放寬了15%左右。核心思想是對(duì)分散熱源就地排熱，或者說(shuō)就地冷卻，在延長(zhǎng)自然冷源利用時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)避免了冷熱氣流混合，徹底消除局部熱點(diǎn)問(wèn)題。

納源豐核心技術(shù)路線是采用分離式，這里走的是制冷劑，能夠讓制冷劑在很長(zhǎng)的距離走起來(lái)，這一關(guān)可以放在機(jī)柜里，或者放在熱源附近，這一段可以有一些距離，室內(nèi)外溫差只要有5度，這個(gè)熱管就可以正常的走起來(lái)，并且實(shí)現(xiàn)高密度的傳輸，這是我們這么多年的研究成果。整個(gè)過(guò)程是自發(fā)的循環(huán)。

跟常規(guī)的空調(diào)相比，利用自然冷源方面確實(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，在全年的正常溫差之內(nèi)不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們只要在5度溫差以上就可以完全替代它，這是一個(gè)最大的特點(diǎn)。另外，從安裝、維護(hù)、運(yùn)營(yíng)方面來(lái)講，跟現(xiàn)有的空調(diào)是最接近的。

目前的分布式冷源性能特點(diǎn)就是把熱管做了一個(gè)分級(jí)處理，利用多級(jí)獨(dú)立的換熱器，可以使溫差大幅度的見(jiàn)效，提高換熱效率，減小體積和重量，可以把常規(guī)的換熱器降低40到50%。同時(shí)，我們采用了多級(jí)散熱方式，可以使可靠性上了一個(gè)臺(tái)階，如果任何一個(gè)方面出現(xiàn)了故障，其他可以正常的工作，設(shè)備的安全性永遠(yuǎn)是第一位的，這方面我們還是有很大優(yōu)勢(shì)的。

簡(jiǎn)單給大家說(shuō)一個(gè)案例，這是一個(gè)機(jī)房，北京某高校，面積是130平米左右，原有各類機(jī)柜共41個(gè)，包括普通機(jī)柜35個(gè)，配套式機(jī)柜6個(gè)。IT設(shè)備總功率50KW，3臺(tái)5匹大金風(fēng)冷式機(jī)柜等等。

看一下這個(gè)圖，送回風(fēng)路徑不合理，冷熱氣流混合嚴(yán)重，各空調(diào)機(jī)組送回風(fēng)溫度差異大，運(yùn)行不穩(wěn)定，環(huán)境控制精度低，局部熱點(diǎn)多，IT設(shè)備冷卻效果差。

不同的空調(diào)送風(fēng)溫度相差有很多，有些空調(diào)送回風(fēng)出現(xiàn)波動(dòng)，可以在將近10度范圍之內(nèi)波動(dòng)。

再有空調(diào)也有問(wèn)題，必須考慮傳感器的偏差，還有氣流組織的不暢，這樣對(duì)空調(diào)的使用非常不利。1月到3月份的時(shí)候，對(duì)空調(diào)的功率和室內(nèi)機(jī)房的溫度進(jìn)行了測(cè)試，大家可以有一個(gè)對(duì)比，(PPT)。采用分布式冷卻系統(tǒng)要對(duì)機(jī)柜進(jìn)行改造，這個(gè)機(jī)柜是冰柜式的，把里面做了換熱器，這里面也是分級(jí)的，要提高換熱效率。從這個(gè)方面講，一個(gè)是提高了可靠性，對(duì)室外沒(méi)有影響，消除室外的局部熱點(diǎn)。另外一點(diǎn)，可以方便設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，如果這里面某一級(jí)的設(shè)備出了問(wèn)題，不會(huì)影響其他級(jí)的設(shè)備。淺熱和濕度處理，這邊的濕度設(shè)定在35%，室內(nèi)分布式冷卻，室外用的是自然冷卻系統(tǒng)，機(jī)械制冷系統(tǒng)備用，就把里面原來(lái)的空調(diào)所有的空調(diào)設(shè)備全部取消，都改用新型的機(jī)柜。

運(yùn)行控制起來(lái)，我們對(duì)每個(gè)機(jī)柜的溫度、電耗都可以進(jìn)行測(cè)量和控制。

這是對(duì)整個(gè)一年的運(yùn)行情況做了一個(gè)測(cè)試，比如說(shuō)我們?nèi)赀\(yùn)行在這樣的一個(gè)模式之下，主要是根據(jù)室外的溫度進(jìn)行運(yùn)行模式的控制和調(diào)整。可以看到，如果采用PUE指標(biāo)來(lái)做的話，在不同室外溫度下進(jìn)行對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了在整個(gè)夏季以外，我們的CE值比它略高，沒(méi)有優(yōu)勢(shì)以外，其他都會(huì)有明顯的躍升，這就是我們能突破40%根本原因所在。以北京地區(qū)為例，如果走在完全需要自然冷卻，大概需要4000個(gè)小時(shí)，如果可以配合的話，需要6000個(gè)小時(shí)。測(cè)算下來(lái)，整個(gè)過(guò)度期會(huì)比能效比提高3倍以上，就是這樣的一個(gè)特點(diǎn)。

最開(kāi)始，我們給高校的副館長(zhǎng)看，他們都不信，所以從今年的1月到8月，我們進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)控，比如這是我們測(cè)量的一個(gè)點(diǎn)，看這張圖，溫度波動(dòng)非常小。大家可以看到，從1月到3月，這是原來(lái)的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行的測(cè)試，平均的空調(diào)功率大概是在十幾千瓦左右，8月份又回去到原來(lái)的系統(tǒng)做對(duì)比，飆升到30個(gè)千瓦左右。而我們的設(shè)備從4月到7月，4月份的時(shí)候，我們的設(shè)備每一天功率大概是4千瓦左右，我們?cè)?月很熱的時(shí)候，大概就是15千瓦左右，而它是30千瓦，這就是差別。我們衡量空調(diào)設(shè)備的性能，在夏季的時(shí)候，仍然仍做到4到5左右，我們?cè)?月份能做到15，而它1到3月份，最多就是到4左右，這就是改造的效果。后來(lái)我們9月份的時(shí)候把測(cè)試報(bào)表給圖書館的副館長(zhǎng)，他們當(dāng)時(shí)有不信，我說(shuō)不管你們信不信，反正我信。他們自己也測(cè)試了，結(jié)果跟我們相似。

所以從系統(tǒng)層面來(lái)看，無(wú)論是什么樣的輔助設(shè)備，無(wú)論是自然通風(fēng)也好，還是熱回收也好，只用一段時(shí)間，而且這段時(shí)間的運(yùn)行還有和原來(lái)空調(diào)配合的問(wèn)題，這套系統(tǒng)在目前運(yùn)行大概4個(gè)月左右的時(shí)間。