機房?jì)仍O有水冷空調機組，通過(guò)靜壓箱送風(fēng)，共78臺精密空調機組。機房?jì)葰饬鞣衷O冷熱通道?？照{系統日常管理采用手動(dòng)管理，缺少自動(dòng)控制平臺。除配電房有主要回路的電能監測外，對于能耗監管缺少分項計量，不能進(jìn)行細化分析。
采用瞬時(shí)電量進(jìn)行PUE計算，其值為1.77。數據中心基礎設備設施(暖通空調)的功率總和為1099kW，占數據中心總耗電的44%，見(jiàn)表3。
數據中心的電氣損耗為466kW,達到數據中心總能耗的13%。變壓器損耗6%，UPS損耗12%、列頭柜配電系統損耗7%，這部分的損耗較大，應在電氣管理和設備配置上改進(jìn)。
暖通空調系統中冷機電耗占51%、精密空調為26%、水泵+冷塔為21.4%。暖通空調系統內部占比較為合理。但能耗總體比例仍然較高，具有調節改善PUE的空間。
1）冷水機組效率未達標?！豆步ㄖ澞茉O計標準》(GB50189—2015)中4.2.10節要求電機驅動(dòng)壓縮機的蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組，在額定制冷工況和規定條件下變頻離心式冷水機組性能系數(COP)不應低于5.5。而現有機組平均能效系數為5.10，也未達到5.5。在機組運行工況優(yōu)于額定工況的條件下，仍不滿(mǎn)足節能要求。根據訪(fǎng)談介紹，機組每年清洗2次，進(jìn)行機組水質(zhì)維護，水質(zhì)應無(wú)問(wèn)題。應當是機組運行工況不合理造成。
2）冷卻水泵的效率低。冷卻水泵的效率只有約45%，與設計要求的70%差距較大。冷卻水泵的額定揚程30mH?O,但實(shí)際揚程只有15mH?O。水泵揚程配置過(guò)高，偏差較大。冷卻塔投入使用時(shí)間為2017年,設備狀態(tài)良好。冷卻水出口溫度與空氣濕球溫度差值約為2.3℃。冷卻塔效率較高。
3）機房精密空調開(kāi)啟臺數過(guò)多。機房精密空調能耗占暖通系統能耗30%以上，表明精密空調運行不夠合理?，F在精密空調全部開(kāi)啟，沒(méi)有按照回風(fēng)溫度進(jìn)行控制。
4）缺少智能化管理手段。雖然有動(dòng)力環(huán)境監測系統，但缺少節能管理的智能化控制系統，也沒(méi)有統一集中的能耗數據監測系統，使得管理人員對設備運行狀況無(wú)迭細致了解。運維人員的主要精力放在保平安運行上，缺少冷水機組、水泵、冷卻塔的節能運行策略。
3廣州某數據中心
3.1基本情況
該數據中心位于廣州市內，分為1#樓和2#樓，于2009年建成使用。均采用集中式冷水機組進(jìn)行供冷。
1#機樓：該數據中心1層冷凍站設有2臺特靈螺桿式冷水機組，配有3臺冷卻水泵、3臺冷凍水泵，屋頂天臺設有1臺蒸發(fā)式冷凝螺桿機、2臺冷凍水泵、2組冷卻塔；機房均采用上送風(fēng)、側回風(fēng)的氣流方式。
2#機樓：該數據中心1層冷凍站由1期及2期合并組成，1期制冷設備為2臺約克螺桿機組及配套的3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、1組冷卻水塔；2期制冷設備為2臺約克離心式冷水機組及配套的3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、2組冷卻水塔；2#機樓調研的數據機房是2至7層的數據機房；其中4層401/402機房采用上送風(fēng)、側回風(fēng)的氣流方式，其它機房均采用地板式機柜送風(fēng)，上回風(fēng)加側回風(fēng)的氣流方式。
整套制冷系統無(wú)BA自控系統，所有制冷設備運行模式需人工操作，也缺少能耗計量系統。
3.2能耗分布及PUE
該數據中心的能耗種類(lèi)均為電力。通過(guò)短期測試獲得1#機樓和2#機樓的電耗分布。表4、表5給出了1#機樓的具體耗電數據。
3.3PUE評價(jià)
1#機樓和2#機樓的短時(shí)PUE為1.76-1.86，由于測試在冬季進(jìn)行，機組處于有利的運行條件，全年P(guān)UE值一定高于現有PUE值，說(shuō)明該數據中心的能效水平較低。
其中UPS和HVDC的負載率低，損耗過(guò)大，達到總能耗的約11%。水泵能耗占冷水機組能耗的50%；精密空調的能耗則與冷水機組的能耗相當。說(shuō)明整個(gè)制冷系統效率較低。
3.4存在問(wèn)題
1）UPS和HVDC的負載率低，造成損耗過(guò)大。UPS和HVDC的損耗達到總能耗的約11%。HVDC普遍負荷率平均在35.50%，UPS平均負荷率為24.86%。
應啟動(dòng)高壓直流的休眠睡醒功能，根據、值設定，讓HVDC整流模塊關(guān)閉休眠不必要開(kāi)啟的整流模塊，可以大大降低HVDC的損耗。建議在80%~90%啟動(dòng)模塊睡醒功能,30%~40%啟動(dòng)模塊休眠功能，設置48h休眠模塊與運行模塊輪換一次。
減低UPS損耗，若UPS的負荷量低于25%時(shí)，可以關(guān)閉1臺UPS，這樣就可以降低1臺UPS的損耗量。
2）冷卻塔冷卻效果不佳。冷卻塔的逼近度過(guò)大，在冬季室外濕球溫度13℃時(shí)，逼近度達到12.5℃，冷卻水塔的填料有損壞以及表面結垢現象較為嚴重，應更換及定期清洗，可提高冷塔冷卻能力。
3）水系統水質(zhì)較差。水系統維護不及時(shí)，導致水質(zhì)較差，影響冷水機組效率。應定期進(jìn)行水質(zhì)的清洗和維護。
4）末端精密空調開(kāi)啟過(guò)多。機房?jì)染芸照{全部開(kāi)啟，沒(méi)有根據機房?jì)鹊膶?shí)際熱量進(jìn)行送風(fēng)的調節，送風(fēng)溫差小，送風(fēng)效率低，送風(fēng)能耗高。
5）水泵未變頻運行。水泵定頻運行，供水量偏大，使得輸送能耗較高。
6）采用漫灌式氣流組織，氣流旁通率高，冷空氣未送到機柜內部,嚴重影響送風(fēng)效率。
7）缺少節能管理手段及運行策略。缺少對室內外環(huán)境使用條件、設備狀態(tài)和運行效果的監測，全靠手工粗放式運行，節能效果差。
表41#機樓總體能耗
表51#樓空調系統能耗分布
4數據中心節能存在的主要問(wèn)題
通過(guò)以上案例及各地其它數據中心的能耗情況，可以看到有些問(wèn)題普遍存在于目前的數據中心中。
4.1系統設計方面
數據中心設計在產(chǎn)品選型、系統安全性與可靠性設計上都滿(mǎn)足了國家節能設計要求和專(zhuān)業(yè)設計要求，但設計的精細化程度不夠。為了保障安全，選用設備時(shí)富裕系數較大，但運行效率偏低。
1）水泵的選型普遍偏大，導致水泵實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)偏離高效區，水泵運行效率較低。大多數只在50%左右。
2）水管路系統設計粗獷，沒(méi)有進(jìn)行細致設計計算，水路流量分配不滿(mǎn)足預期要求。有些精密空調的水流量嚴重不足，水溫差達到6℃~8℃以上。
3）一些早年建成的數據中心的冷熱通道沒(méi)有嚴格分開(kāi)設計，導致送風(fēng)氣流短路。不僅影響送風(fēng)效率，也影響了機房空氣溫度，惡化了運行環(huán)境。
4）多數數據中心沒(méi)有設計自然冷卻系統，沒(méi)有充分利用自然資源。實(shí)際上由于數據中心需要全年冷卻，在我國大部分地區(除廣東、福建等少數地區)都可使用自然冷源。而利用自然冷源是目前降低能耗的有效措施。
5）沒(méi)有建成能耗分項計量系統。使用者對于能耗的分布不清楚，對能源效率無(wú)從知曉。
6）控制系統缺乏有效的調節策略?？刂葡到y智能程度低，僅僅支持泛泛的啟?？刂频?。在控制策略設計時(shí)，缺少空調專(zhuān)業(yè)的支持。
7）選配的電氣設備容量偏大。UPS的使用容量低，導致?lián)p耗多。變壓器也存在同樣問(wèn)題，使得使用效率低，損耗嚴重，電氣設備損耗占總能耗的10%左右。
4.2運行管理方面
調研結果表明，運行管理方面存在的問(wèn)題更多，在每一個(gè)環(huán)節都會(huì )出現問(wèn)題。
運行管理部門(mén)始終把數據中心的安全運行擺在，往往強調安全，而忽視了節能，導致許多節能措施不敢使用，這是阻礙節能管理水平提高的重要原因之一。實(shí)際運行中應把握好安全與節能的關(guān)系。通過(guò)了解安全風(fēng)險因子，了解節能措施的影響程度，可以加深對安全生產(chǎn)和節能技術(shù)的科學(xué)認識，在安全可控的前提下，加強節能運行管理。
1）設備維護不及時(shí)
冷卻水系統、冷凍水系統的水質(zhì)沒(méi)有嚴格的質(zhì)量管理。盡管多數單位有專(zhuān)業(yè)的水質(zhì)維護，但水質(zhì)的質(zhì)量管理形同虛設，沒(méi)有明確的考核檢查標準。冷卻塔填料結垢十分普遍，也沒(méi)有及時(shí)清洗。
冷水機組的實(shí)際運行效率與機組標稱(chēng)值之間相差較大，冷水機組運行效率有待提高。風(fēng)冷精密空調系統也需要及時(shí)維護保養，但許多數據中心缺少對精密空調的專(zhuān)業(yè)養護，使得運行效率逐年下降。
2）管路及附件維護不到位，疏于操作
水路上的閥門(mén)不管是手動(dòng)還是自動(dòng)模式，普遍存在關(guān)閉不嚴現象，導致水流旁通。不僅浪費水泵功耗，還降低了機房精密空調制冷量。溫度與壓力計量?jì)x表多數不能使用，形同虛設。
臺數切換時(shí)對應閥門(mén)也需進(jìn)行切換，但由于加大了操作人員的工作量，一般不會(huì )落實(shí)這項操作。
3）粗放式運行管理
無(wú)論是否需要，機房?jì)染芸照{全部開(kāi)啟運行，使得精愛(ài)空調的能耗與冷水機組能耗相當，大大超出送風(fēng)系統的能耗標準。
數據中心都設計安裝了水系統變頻設備，但是實(shí)際運行未落實(shí)，不能根據水系統溫度的變化進(jìn)行變流量運行。水系統輸送能耗約占冷水機組能耗的50%以上，不能隨主機負荷隨動(dòng)調節。
冷水機組的啟停數量也是*經(jīng)驗化運行，機組臺數的選擇缺乏依據，機組不能在高效區運行，使得機組運行效率不高。冷水機組的供水溫度沒(méi)有隨著(zhù)室內負荷變化進(jìn)行調節，基本全年恒定溫度運行。
機房?jì)葴囟仍O置偏低。強調運行的安全性后，使機房?jì)然仫L(fēng)溫度較低，如有的機房要求保持在22℃左右，這樣冷水機組出水溫度一直壓低在7℃，自然冷卻的空間也大大壓縮。
以上這些因素交織在一起，往往造成數據中心的能耗居高不下。
5安科瑞為數據中心提供的電力監控解決方案
5.1精密配電管理解決方案
AMC系列數據中心精密配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過(guò)通訊將數據上傳到動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現對整個(gè)數據機房的實(shí)時(shí)監控和有效管理，為實(shí)現綠色IDC提供可靠保證。
5.1.1交流系統
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相,過(guò)流，輸入分路和輸出分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-E4
電流互感器AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系統
1)功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-DE
霍爾傳感器AHKC-F-XXA/5V
開(kāi)關(guān)電源SBD-30（48V）
產(chǎn)品規格
說(shuō)明：■為標配功能。
配套附件
配套附件
5.2AMB智能小母線(xiàn)管理系統
數據中心小母線(xiàn)系統是數據中心末端母線(xiàn)供配電系統的俗稱(chēng)。近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線(xiàn)系統逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監測模塊，將數據上傳至動(dòng)環(huán)監控中心。
1）交流系統功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無(wú)功電能、電纜溫度，系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線(xiàn)電流、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；
2）直流系統功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；
產(chǎn)品介紹
說(shuō)明：■為標配功能。
參考文獻：
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【2】鐘聰睿.互聯(lián)網(wǎng)數據中心(IDC)機房總體規劃中的節能設計研究信息通信，2016(8):241-242
【3】卜東潔，王克勇，潘俊等.數據中心機房升溫的研究[J].建筑節能，2015(5):31-33
【4】安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版
筆者簡(jiǎn)介：
韓歡慶，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心智能小母線(xiàn)監控的應用。
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