数据中心在耗能方面的三个突出特点,一是用电量大、高度密集,每平方米建筑综合配电容量可达1.5～2kW,远远高于民用建筑配电密度;二是用电负荷持续稳定,从不间断或者忽高忽低。在长江以南地区,大型满载数据中心夏季与冬季用电量差值可以不超过10%;三是全年产生热量、全年制冷。以凤凰数据中心为例,从两个不同的110kV变电站各引入两条10kV电力专线(共两站四线),互为备份。变压器装机26台,总容量40000kVA。目前每天平均用电量在32万千瓦时左右,全年超过1亿千瓦时。

一般情况下,数据中心的电费支出占整个销售收入的50%左右,是第一大支出事项,成为主要的生产资料构成因素。因此,节能减排、降低电费,对数据中心行业具有特殊意义。数据中心的节能工作,具有以下四个特征:

确保安全性

数据中心的安全运行,是高于节能的第一要务。所有节能工作,必须以确保安全为前提,所有节能技术和方案,必须同步进行安全影响评估。随着数据中心分级体系的完善和重要业务灾备功能的建立,以及节能减排理念的提升和成本意识的深化,人们已不再过于绝对、机械和片面地看待安全问题,往往在安全和节能之间寻找最佳平衡点。

注重系统性

数据中心的节能是一个多专业协同复杂的系统性工作,涉及设计、施工、维护管理等各个环节。既有在空调系统上的优化调整,也有在电源动力方面的工作;既包括变压器、制冷主机等后端设备的节能,又包括前端设备的节能;既涉及设备更新和技术创新,还涉及日常工作和管理。

兼顾经济性

面对林林总总的节能产品和服务,需要因地制宜地根据自身数据中心业务类型、气候特点、建筑情况等综合因素,选择合适的方案,避免出现“节能不节钱”的现象。因节能而导致经济效益受损大致有三种情况:一是节能产品本身造价高昂,超过原有解决方案;二是维护难度加大,维护成本增加;是因节能技术的引入,加大了其他设施的投入,如自然风冷源方案需要加大建筑进风面积等。

重视对自然冷源的利用

数据中心的一大特色是全年制冷,因此在寒冷季节最大程度地利用自然冷源进行降温,是数据中心有别于其他行业的一个显著特点。自然冷源利用包括以水为介质的冷塔和板换设备的使用,也包括直接引入新风降温制冷的模式。目前,利用自然冷源技术也有新的体现,例如热管背板技术,在提高冷冻水出水温度达到节能目的的同时,也体现了对自然冷源利用的最大化。

凤凰数据中心以上述理念为指引,在设计之初,就高标准、系统化地采用各种成熟节能理念技术,在后期的运营管理中,狠抓过程管理和细节管理,把每一项节能举措落在实处,目前PUE值全年平均水平稳定控制在1.5以下,主要做法如下:

建筑节能

建筑节能是数据中心节能的基础,凤凰数据着重从两个方面入手:一是对建筑物的选择,最大化地有利于节能减排。根据建筑设计上体形系数原理,同样体积的建筑物,暴露在空气中的表面积越小,越有利于降低室外热空气的侵扰,也就越有利于节能。电信五星级机房层将体形系数标准定在0.25以下,即建筑物除去地面接触部分外的表面积与该建筑体积之比值低于0.25。而凤凰数据中心的建筑体形系数为0.106,远远低于五星标准;二是在机房布局设计方面,我们把每个楼层的六个机房模块全部集中在该楼层平面的中心,在其外围到建筑物外墙之间,层层设有空调间、内走廊、电源室等,起到了天然的保温隔热作用,把机房室外高温侵扰的因素降到最低。

天然气分布式能源系统的应用

数据中心天然气分布式能源系统是指利用天然气为主要燃料,以数据中心为能源需求点,就近部署的分布式能源供应点,用电力和冷源联产联供的模式提供能源。凤凰数据中心以合同能源管理的模式,与江苏紫峰新能源公司合作,以采购电力和冷源的模式,开展数据中心分布式能源项目改造运营。

项目配置3台2000kW的天然气发电机,在日常供电的同时,还可作为市电停电状态下的应急备用电源,起到常备两用的作用。利用天然气发电机工作时产生的缸套水和烟气余热,驱动3台(每台制冷量2500kW)溴化锂空调主机制冷,提供7℃～15℃的冷冻水进入数据中心冷水主系统。

该系统目前已基本建成,进入试运行和验收阶段。建成后每年3月1日～11月30日运行,计270天(避开天然气供气高峰季)。每天8:00～21:00,每套设备年运行时间3510h。项目实施完成后,预计每年节省电力2457万千瓦时,该电力分两部分:一部分是内燃机发电直接提供的电力,这部分电量约为2106万千瓦时;另一部分是内燃机余热获得的制冷量折合成电力约351万千瓦时。冷电联和运行,机组效率达到85%以上。就节省的2456万元电力而言,约能减少2.8万吨CO2。截止2015年底,已经累计向机房供电1171.06万千瓦时,余热获得的制冷量69222GJ,折合成电力约325.74万千瓦时,合计1496.8万千瓦时,实际减少CO2排放6846.83吨。