E企研究院 · 2022年12月23日 · 北京市

能效奇兵!洞悉数据中心升级改造中的冷与热

根据开放数据中心委员会(ODCC)测算的数据,预计到2030年,中国数据中心能耗总量将达到3800 亿千瓦时左右;如果不使用绿色能源,碳排放总量将突破2亿吨。

节能降碳势在必行,但对于一个数据中心而言,能耗问题却因由众多,尤其针对老旧数据中心,在制冷、锂电应用、储能等环节都有相当大的优化空间。

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或许你也听说过,各个“大厂”纷纷将自己的机房搬去了高原、山洞这类低温环境中,更有甚者,直接将自家的数据中心沉入了海底!

在这表象背后,因由众多,但也离不开制冷带来的能耗问题。假定一个1MW的数据中心IT负载为50%,在其PUE为1.91的前提下,制冷系统的能耗令人咋舌,约占整个数据中心能耗的36%,仅居IT设备能耗之下。与此同时,若不加以重视制冷系统的控制方式,更有可能导致人为失误、宕机或是高运行成本等代价。

更大“马力”加装“降温”发动机

传统制冷系统有一定的局限性,其通常设计为处理恒定的热负荷,并且能检测的运行参数有限,同时还可能会存在需手动调节等局限。这时,一个能全局控制的“发动机”,势必能为制冷效率带来更优表现。
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这就到了高效制冷控制系统出场的时候了,在洞悉制冷系统动态变化的基础上,尽可能降低整体能耗级运行成本,提升数据中心可用性,助力温度“速降并可控”,并同时具备如下特征:

⭐01/

自动控制

制冷系统可根据室外气温和IT负载的不同工作模式自动切换为机械制冷模式、混合制冷节能模式和自然冷却节能模式,达到节能的目的。

⭐02/

灵活控制

可根据用户的需求,灵活调整设置参数或功能。

⭐03/

便于维护

维护简便,且可在运行异常时及时提醒维护人员,指导运维。

⭐04/

基于IT进风的集中控制

制冷装置会根据IT进风温度和湿度控制,保障IT进风参数保持在设定的目标范围内。

⭐05/

采用露点温度的集中式湿度控制

IT空间湿度采用集中控制,保证IT设备环境处于合适的湿度,保证房间的露点温度,降低运行成本。

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《利用高效的控制系统优化数据中心制冷》

产品多样 根据“户型”按需行

对于高技术密度驱动的现代数据中心而言,若还是采取周边制冷装置精准送风、自然回风的气流分配方式,其制冷效率及成本表现可能不尽人意。因此在现代数据中心的设计阶段就需考虑规模配置及机柜密度,采用不同的设计方式。

根据规模大小,数据中心制冷系统可分为房间级、行级和机柜级,三者各具优势:

⭐01/

房间级制冷

可通过重新配置高通风率的地板来快速更改制冷分配模式,性价比高且更为简单。

⭐02/

行级制冷

灵活度高,部署速度快且支持高密度环境。

⭐03/

机柜级制冷

适用于极高密度、高精度部署或非结构化布局的环境。

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封闭冷通道

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封闭热通道

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机柜气流遏制系统(RACS)

将已有采用房间级制冷设计的低密度数据中心进行功率密度升级。进一步配备行级或机柜级制冷系统,能有效隔离新的高密度机柜,使它们与已有机柜级制冷系统“断开热关联”,这样,无需更改已有房间级制冷系统,就能向已有低密度数据中心添加高密度负载。

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简而言之,采用房间级、行级和机柜级制冷系统可为数据中心带来高灵活性、高可预测性及高可扩展性,在降低整体能耗和TCO的同时提高可用性,对下一代数据中心而言尤为必要。

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《数据中心房间级、行级和机柜级制冷方式的选择》

技术林立 多方权衡择其优

在UPS应用中,锂电池技术就像一本高阶心法,让储能效率和环境影响等诸多难题得以解答。

在以往数十年,UPS一直靠阀控铅酸蓄电池来支持应用。除了众所周知的生产过程碳排放外,由于其生命周期不足以支撑整个数据中心UPS的应用需求,电池更换等额外开销也难以避免,最令人担忧的是,阀控铅酸蓄电池回收过程中还存在铅外溢的可能,在监管不力的情况下,很容易造成环境污染和人体暴露风险,危害人体健康。

而与其对比,锂电池在包括碳排放的九大类别中,对环境的影响无疑有进一步改善。
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除了以上影响环境的九个方面,如果从整个生命周期来看,锂电池技术的优势也显而易见。

供应链:锂电池材料重量更轻,运行时间为6分钟的1兆瓦UPS铅酸蓄电池,其重量可能超过11,340公斤,而相同容量锂电池可仅重2,767公斤,大幅缩减300%,毒性更低,在原材料提取、生产和配送中对环境的影响更小。

运营:对比阀控铅酸蓄电池仅有3至5年使用寿命,锂电池则在10年以上,因此更换次数更少甚至无需更换,减少了安装搬运过程中对环境的影响,同时维持足电所需能耗更少,碳排放当量也有所降低。

报废:锂电池的报废年限较阀控铅酸蓄电池更长,如果建立起全面运转的回收系统,则能以更低成本实现可持续的回收流程。
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《了解UPS使用锂电池对可持续发展的总体影响》

敏捷巧变 扛峰增载择其巧

随着电力市场风云变化,为了适应数据中心的可持续发展转型需求,灵活的、间歇性能源逐步取代了传统发电形式,但由于其缺乏可控性和可调度性,在平衡供需还远远不足。

而数据中心的UPS往往具有大量闲置,如果能高效利用这部分闲置能源,就将更好地平衡电力供需,实现可持续发展:

参与需求侧响应,降低负载

如果单纯依靠新能源电力供给,假设风力发电场的风突然停止,太阳能发电场被云层遮挡,极端情况下,电网可能会存在暂时的供需不平衡,而同样,依赖传统的发电厂也不能百分百避免。

而如果利用现有成熟的锂电储能技术和产品,设计企业级增容数据中心,提高变压器利用率,就能通过UPS的储能优势,快速响应电网需求降低负载,帮助数据中心运营单位在上述情况下实现需量控制,同时数据中心在满负载(1N UPS)状态下可运行10-15分钟,在2N冗余模式和低负载状态下可运行1个多小时,也意味着无需额外购买电气设备即可实现节能创收。

错峰储能

以太阳能发电为例,其在阳光充足时往往电力价格低廉且过剩,对于用电单位常供大于需;而到傍晚,这些电力来源却不得不被成本偏高的传统发电所替代。如果数据中心利用UPS的闲置空间,按照自身需求增加储能或降低负载进行错峰用电,那么既可减少能源浪费,又能降低电费支出。

高峰放电

数据中心的容量费用通常与电力需求最高的时间段相关联,并需在一定的时间间隔(例如15分钟)内进行测量,如果数据中心运营单位可以在这段时间内将部分或全部 IT 负载放在UPS电池上,即可降低高峰需求,削减容量费用,提升储能优势。

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《实现数据中心储能收益》

根据国家标准《数据中心能效限定值及能效等级》,数据中心电能比的最大允许值为能效3级,即PUE≤1.50。双碳挑战日益严峻,能效问题时不我待,一键下载白皮书,抓住可持续发展秘诀!

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