在深圳這個(gè)全年絕大部分時(shí)間很難依靠自然冷卻的地方，如何讓數(shù)據(jù)中心的PUE降到1.3以下？深圳的目標(biāo)是1.25，而且已經(jīng)有“領(lǐng)行者”率先實(shí)現(xiàn)。

2019年，深圳建筑總院大數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱“深總院”）首批設(shè)計(jì)低于1.25的方案一次性獲得審批，并付諸實(shí)踐；2020年，廣東省出臺(tái)數(shù)據(jù)中心五年規(guī)劃，將PUE1.25推廣全省。

在維締技術(shù)（VERTIV，NYSE：VRT）2020設(shè)計(jì)院高峰論壇上，深圳建筑總院大數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究院院長(zhǎng)曾建國(guó)全面介紹了深圳低于1.25的方法論和設(shè)計(jì)方案。

高標(biāo)準(zhǔn) 高挑戰(zhàn)

2013年，工信部提出新建大型數(shù)據(jù)中心PUE不超過(guò)1.5；2018年，北京提出PUE不超過(guò)1.4，繼而上海要求新建數(shù)據(jù)中心的PUE不超過(guò)1.3；2019年，深圳更是率先提出PUE低于1.25。

2020年12月23日，國(guó)家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局四部門聯(lián)合出臺(tái)《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)中指出，到2025年，全國(guó)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心形成布局合理、綠色集約的基礎(chǔ)設(shè)施一體化格局。意見(jiàn)中提到一點(diǎn)：東西部數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性平衡，大型、超大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行電能利用效率降到1.3以下。

出臺(tái)時(shí)間越晚的政策，對(duì)PUE的要求越嚴(yán)格，這是可以理解的。但從客觀上來(lái)看，也形成了越往南、平均氣溫越高、越不利于利用自然冷源，PUE卻要更低的情況。尤其核心城市中位置最靠南，已經(jīng)屬于亞熱帶海洋氣候、2020年全年平均氣溫都在22.3℃的深圳來(lái)說(shuō)，不要說(shuō)“百分百利用自然冷源”，每年有多少時(shí)長(zhǎng)可以利用自然冷源都難說(shuō)。

圖注：深圳全年溫度曲線圖，冬季氣溫最低氣溫13--22度之間

降低數(shù)據(jù)中心PUE的主要手段主要包含兩個(gè)方面，一是充分利用自然冷源，盡量減少機(jī)械制冷的工作時(shí)間；二是縮短制冷路徑，降低冷量在傳輸過(guò)程中的損耗。

在我國(guó)大量的運(yùn)營(yíng)商和第三方數(shù)據(jù)中心里，冷卻塔+板換+冷水機(jī)組的水系統(tǒng)架構(gòu)非常流行，這種架構(gòu)雖然比較復(fù)雜，對(duì)建設(shè)過(guò)程要求較高，但對(duì)建筑形式要求較低，不受溫度和濕度影響，關(guān)鍵是非常成熟，國(guó)內(nèi)的大多數(shù)設(shè)計(jì)院很喜歡出這種方案。

對(duì)于深圳這樣的地區(qū)來(lái)說(shuō)，水系統(tǒng)最大的硬傷是換熱環(huán)節(jié)過(guò)多，全年大部分時(shí)間無(wú)法使用自然的饋贈(zèng)，需要開(kāi)啟冷水機(jī)組（用電），PUE值很難降到1.3以下，遑論1.25。

近年逐漸興起的間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，在北方的很多區(qū)域能夠較充分的利用自然冷源，實(shí)現(xiàn)PUE小于1.25的案例很多。但是間接蒸發(fā)冷卻對(duì)空氣的溫濕度要求也比較高，當(dāng)遇到空氣濕度太高、溫度也不低的時(shí)候同樣需要開(kāi)啟機(jī)械制冷（用電），在深圳的濕熱氣候下，也難免“水土不服”。

這就意味著在深圳要實(shí)現(xiàn)PUE低于1.25，采用傳統(tǒng)的制冷方案是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的艱巨任務(wù)。

圖注：冷卻塔+冷水機(jī)組核心優(yōu)勢(shì)是對(duì)建筑形式要求最低的，但建設(shè)要求高

庖丁解牛 拆分能耗

數(shù)據(jù)中心是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從選址規(guī)劃、供電、制冷到內(nèi)部服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)，再到環(huán)保節(jié)能、智能運(yùn)維都需要先進(jìn)的理念和設(shè)計(jì)。

要降低PUE，就必須正確理解PUE值的構(gòu)成：數(shù)據(jù)中心的總耗電量與IT設(shè)備耗電量的比值，降低PUE值的實(shí)質(zhì)就是盡可能地降低分子，即數(shù)據(jù)中心的總耗電量，減去IT側(cè)的耗電量，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施側(cè)（風(fēng)火水電）的能耗，大部分用在制冷環(huán)節(jié)，如冷機(jī)、空調(diào)等制冷設(shè)備。

曾建國(guó)院長(zhǎng)的思路便是：將數(shù)據(jù)中心看作一個(gè)整體，拆分?jǐn)?shù)據(jù)中心能耗，并依此而構(gòu)建模型。

圖注：如前所述，制冷環(huán)節(jié)仍然是降低PUE的關(guān)鍵所在

熟悉設(shè)計(jì)流程的專業(yè)人員都知道，數(shù)據(jù)中心里主要的設(shè)備是包含風(fēng)電、制冷、IT，都屬不同專業(yè)、不同團(tuán)隊(duì)的人來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)施。其中，絕大部分設(shè)計(jì)院也不設(shè)計(jì)IT部分，而IT的負(fù)載通常是恒定值。為此，深總院搭建的能耗模型主要分為三個(gè)部分：建筑、電氣、制冷。從綠色建筑層面來(lái)講，目前低碳綠建趨勢(shì)下，排放的趨勢(shì)趨零。因此，降低PUE主要集中在電氣和制冷兩個(gè)層面：在電氣領(lǐng)域，需要高能效的設(shè)備和最短的傳輸；在空調(diào)系統(tǒng)也是如此，超高效制冷，極致轉(zhuǎn)換，這兩個(gè)領(lǐng)域本質(zhì)上都是將最簡(jiǎn)單的設(shè)備和最低的功耗結(jié)合起來(lái)，每一部分的PUE都控制到一定數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)整體PUE值的降低。

性能提升 架構(gòu)優(yōu)化

曾建國(guó)院長(zhǎng)在談到降低PUE值時(shí)有一個(gè)觀點(diǎn)：將數(shù)據(jù)中心看作整體，不僅要實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)的節(jié)能、系統(tǒng)級(jí)的節(jié)能，還要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目級(jí)的節(jié)能，可以總結(jié)為：設(shè)備性能提升，系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化。

在電力設(shè)備層面，從低壓配電系統(tǒng)來(lái)看，UPS行業(yè)已經(jīng)有預(yù)制三工況模式，把UPS主機(jī)和輸入輸出柜合并，同樣印證了前文的理論，把設(shè)備的最節(jié)能跟線路的損耗最小合并在一起實(shí)現(xiàn)電氣能耗降低，同時(shí)預(yù)制三工況還是AI特征的三工況，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以在保證可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能效率最高。在高低壓配電系統(tǒng)中，無(wú)論是巴拿馬配電系統(tǒng)，還是維諦技術(shù)（Vertiv）的Onepower系統(tǒng)，依然在這個(gè)邏輯下保證設(shè)備可靠節(jié)能，通過(guò)應(yīng)用整合縮短電力路由。

前文說(shuō)過(guò)，冷卻塔+冷水機(jī)模型會(huì)增加能耗，深總院以一項(xiàng)黑科技——智能氟泵系統(tǒng)取而代之，成為滿足PUE<1.25目標(biāo)的關(guān)鍵。維諦技術(shù)（Vertiv）擁有專利的智能氟泵系統(tǒng)采用無(wú)水自然冷卻循環(huán)，作用類似間接蒸發(fā)制冷模塊，但對(duì)空氣濕度不敏感，其“氟泵”不只是一個(gè)泵，它是一整套循環(huán)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的蒸發(fā)器、外部的風(fēng)冷冷凝器、制冷劑氣液分離器、油分離器和制冷劑循環(huán)泵，結(jié)合變頻、間接蒸發(fā)、氟熱管泵、AI等多項(xiàng)技術(shù)，可以在三種模式下運(yùn)行：動(dòng)力熱管模式、混合智能模式、高效壓縮模式。

使用智能氟泵系統(tǒng)后，在深圳地區(qū)可實(shí)現(xiàn)：全年能效7.66，pPUE0.131的水平。

當(dāng)然在實(shí)施時(shí)面臨一個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)的改良時(shí)面臨管路傳輸?shù)南拗?，針?duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，深總院將維諦技術(shù)人工智能技術(shù)融入數(shù)據(jù)中心PUE群控系統(tǒng)中，一來(lái)通過(guò)人工智能群控技術(shù)，通過(guò)采取多種算法，可以預(yù)判IT負(fù)載，實(shí)現(xiàn)“按需制冷”，達(dá)到“預(yù)測(cè)未來(lái)溫度、智慧控制輸出”目的；二來(lái)基于“室內(nèi)負(fù)載功耗、室內(nèi)外溫濕度”變化，預(yù)測(cè)通道溫濕度，達(dá)成自動(dòng)學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)，這樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，根據(jù)制冷、數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景定制，AI可完成不同模式空調(diào)的精確組合運(yùn)行，達(dá)到按需智能和精確智能感應(yīng)的目的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在使用AI技術(shù)以后，可以降低數(shù)據(jù)中心10%的能耗。深總院的這套模型，從設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、項(xiàng)目級(jí)開(kāi)始著眼拆解數(shù)據(jù)中心能耗，通過(guò)建筑節(jié)能、電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)的整合優(yōu)化，“深圳PUE1.25的價(jià)值”正在傳遞給更多的地區(qū)。

《中國(guó)青年報(bào)》曾評(píng)論：“當(dāng)我們需要一把尺子來(lái)衡量當(dāng)代中國(guó)的精神刻度時(shí)，深圳是最無(wú)疑義的選項(xiàng)之一。”作為最早一批要從設(shè)計(jì)的和業(yè)務(wù)，并往兩端上下延伸的深圳建筑總院大數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究院，除了在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的潛心研究，正不斷創(chuàng)新思路，打通從設(shè)計(jì)到規(guī)劃、再到建設(shè)的數(shù)據(jù)中心全生命周期服務(wù)，對(duì)于他們而言，PUE低于1.25是挑戰(zhàn)，但更多是機(jī)遇。