數據中心制冷技術“綠道”.pdf

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1、數據中心制冷技術“綠道”行業及政策解讀技術發展展望0102數據中心新一代綠色制冷技術03數據中心綠色節能運行04存量數據中心的綠色節能改造05目錄CONTENTS行業及政策解讀“雙碳戰略”政策決定數據中心技術發展的主體基調“雙碳政策”加速數據中心綠色低碳進程，國家/地方陸續出臺針對數據中心節能降耗、升級改造的指導方針序號時間政策名稱內容摘要部門12020年12月23日關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見到2025年，全國范圍內數據中心形成布局合理、綠色集約的基礎設施一體化格局。東西部數據中心實現結構性平衡，大型、超大型數據中心運行電能利用效率降到1.3以下發改委22021年7

2、月4日新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）分類分批推動存量“老舊小散”數據中心改造升級?！袄吓f”數據中心加快應用高密度、高效率的IT設備和基礎設施系統，“小散”數據中心加速遷移、整合，提高“老舊小散”數據中心能源利用效率和算力能力工信部32021年10月18日關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見鼓勵重點行業利用綠色數據中心等新型基礎設施實現節能降耗。新建大型、超大型數據中心電能利用效率不超過1.3。到2025年，數據中心電能利用效率普遍不超過1.5。加快優化數據中心建設布局，新建大型、超大型數據中心原則上布局在國家樞紐節點數據中心集群范圍內。各地要統籌好在建和擬建數據

3、中心項目，設置合理過渡期，確保平穩有序發展發改委42021年10月24日國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知提高節能管理信息化水平，完善重點用能單位能耗在線監測系統，建立全國性、行業性節能技術推廣服務平臺，推動高耗能企業建立能源管理中心加強新型基礎設施用能管理，將年綜合能耗超過1萬噸標準煤的數據中心全部納入重點用能單位能耗在線監測系統，開展能源計量審查。推動既有設施綠色升級改造，積極推廣使用高效制冷、先進通風、余熱利用、智能化用能控制等技術，提高設施能效水平國務院52021年11月8日貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案到2025年，數據

4、中心和5G基本形成綠色集約的一體化運行格局。數據中心運行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升，全國新建大型、超大型數據中心平均電能利用效率降到1.3以下，國家樞紐節點進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上。鼓勵使用高效環保制冷技術降低能耗。支持數據中心采用新型機房精密空調、液冷、機柜式模塊化、余熱綜合利用等方式建設數據中心。推廣制冷系統節能技術，優化氣流組織，逐步通過智能化手段提高與IT設備運行狀態的動態適配性加強用能管理，將年綜合能耗超過1萬噸標準煤的數據中心全部納入重點用能單位管理。加快研究建立涵蓋能效水平、可再生能源利用率、資源利用率、經濟貢獻率等指標的數據中心綜合評估體系

5、和動態監測考核機制。組織實施國家工業專項節能監察，加強數據中心能效監察。引導利用率低、耗能高、效益差的小散數據中心騰退升級發改委62022年6月23日工業能效提升行動計劃的通知加快液冷、自然冷源等制冷節能技術應用，鼓勵采用分布式供電、模塊化機房及虛擬化、云化 IT 資源、高溫型 IT 設備等高效系統和設備，推廣高壓直流供電、集成式電力模塊等技術，發展智能化能源管控系統。充分發揮數字技術對工業能效提升的賦能作用，推動構建狀態感知、實時分析、科學決策、精確執行的能源管控體系，加速生產方式數字化、綠色化轉型,推動 5G、云計算、邊緣計算、物聯網、大數據、人工智能等數字技術在節能提效領域的研發應用，積

6、極構建面向能效管理的數字孿生系統工信部政策解讀時間要求：2025年新建要求：大型、超大型數據中心平均PUE降到1.3以下，國家樞紐節點進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上既有要求：“老舊”數據中心-加速改造，要求PUE降到1.3以下“小散“數據中心-引導利用率低、耗能高、效益差的小散數據中心騰退、整合監管要求：對于規模超過100個標準機架（2.5KW）的數據中心逐一登記造冊，形成規模、上架率、能耗水平等底數清單，每年報送完善重點用能單位能耗在線監測系統，建立全國性、行業性節能技術推廣服務平臺，并將年綜合能耗超過1萬噸標準煤的數據中心全部納管，開展能源計量審查引導提倡：加快液冷、自

7、然冷源等制冷節能技術應用引導清潔能源開發使用推動構建狀態感知、實時分析、科學決策、精確執行的能源管控體系，加速生產方式數字化、綠色化轉型積極推廣余熱利用、氣流組織優化、智能化用能控制等與IT設備運行狀態的動態適配控制技術“綠色低碳”：數據中心行業自身發展的必然選擇供配電PLF2N UPS0.071N+C UPS0.072市電直供+HVDC0.039市電直供+48V0.019市電直供+12V0.019制冷CLF直通風0.030.05間接換熱0.070.1冷水機組0.250.35其他OLF照明0.011其他0.009我國PUE現狀國內存量數據中心機柜規模 520萬架大型及以上占比高達80%，規模

8、420萬架2021年，我國數據中心 平均PUE=1.49其中，PUE1.5的數量占比 54%數據來源：中國數據中心市場報告數據中心耗電量分析數據來源：中國數據中心節能技術委員會整理2020年，數據中心年耗電量2037億千瓦時，占全社會用電量的2.7%2021年，數據中心年耗電量2377億千瓦時，占全社會用電量的3.0%節能空間分析PUE=總能耗/IT能耗=(IT+供配電+制冷+其他)/IT=1+PLF+CLF+OLF典型數據中心PUE場景，CLF為 0.30.4最具備節能空間技術發展展望下一代數據中心，打造綠色低碳融合智慧數據中心綠色低碳技術融合智慧運行 供電、用電綠色化 因地制宜的低碳方案

9、全生命周期的低碳綠色 從可回收材料到可持續環境生態 數字孿生支撐設計、實施與運行模塊化、集成化、預制化 物理+設施+IT+網絡技術融合 數字創新技術融合實踐（AI、云 計算、大數據）物聯網設備打通智慧協同 設備、人員、數據實時動態交互 兼顧業務可靠/低碳的實時尋優 人+AI高度協作的智慧運營針對不同客戶場景的依米康空調產品方案Edge邊緣計算運營商、鐵塔、鐵路基站分支結構、網點機房邊緣小型機房機柜空調列間空調基站空調Enterprise企業數據中心企業自建機房列間空調恒濕機冷凍水空調風冷空調Colo第三方/大型IDC第三方大型IDC主機房配電室/電池間冷水主機冷凍水空調氟泵空調恒濕機列間空調C

10、DU間接蒸發冷冷水機組Hyperscale互聯網/創新IDC 互聯網大型IDC創新方案IDC整體式氟泵風墻液冷CDU液冷機柜液冷浸沒箱液冷系統干冷器數據中心新一代綠色制冷技術大型IDC空調節能方案演進房間冷凍水方案PUE=1.31.5工程應用成熟能效提升有瓶頸間接蒸發冷方案PUE=1.151.25工程預制化，快速實施不占據建筑內面積耗水，水處理要求芯體維護困難整體式氟泵方案PUE=1.151.25工程預制化，快速實施不占據建筑內面積無水耗維護簡單液冷方案PUE=1.081.15應用規模小器件平臺不成熟成本昂貴風墻方案PUE=1.251.3延續主流暖通方案高水溫帶來暖通系統能效提升風機功耗下降自

11、然條件對IDC制冷技術選擇的影響結合“東數西算”工程分布及氣候、水資源分布來看，我國數據中心西北部集群/樞紐的氣候條件（低溫低濕）適合使用間接蒸發冷技術來提升能效，但這類區域大部分同時伴有水資源缺乏問題；南部集群/樞紐水資源豐富，但常年高濕（干濕球溫差?。┯绊懥碎g接蒸發冷的能效和造價。市場迫切需要一款能應用于高濕、缺水區域的數據中心高能效制冷方案。騰云-新一代綠色節能方案目標客戶：互聯網客戶、第三方IDC客戶主要場景：大中型數據中心適用區域：水資源匱乏地區、全年高濕度區域方案特點：低碳（低PUE)、無水、維護簡單PUE水平：1.151.25安裝方式：建筑側面安裝/屋頂安裝機組尺寸：5500*3

12、100*3000mm（250kW）騰云SCF騰云產品結構一覽圖騰云節能運行模式-30102045運行模式 VS 室外溫度氟泵節能運行模式混合制冷運行模式壓縮機氟泵冷凝器氟泵機械制冷運行模式壓縮機蒸發器電子膨脹閥氟泵冷凝器蒸發器電子膨脹閥蒸發器騰云方案節能性不同空調方案節能效果對比00.020.040.060.080.10.120.14青海陽泉蘭州南京長沙烏蘭察布CLF1.161.171.181.191.21.211.22青海陽泉蘭州南京長沙烏蘭察布PUE不同城市騰云方案能效指標四季運行節能表現不同負載率全年CLF/PUE表現（寒冷地區為例）滿載情況下 年平均PUE低至1.213騰云主要技術參數

13、騰云主要安裝方式多種安裝方式，適配場地建筑同側送回風側面安裝兩側送回風樓頂安裝各方案投資回報測算以某5MW數據中心為例，騰云 VS 間接蒸發冷：節水2萬噸/年，節電9萬度/年，年度運營費用節約72萬，10年總資金節省770萬騰云 VS冷凍水系統：節水1.3萬噸/年，節電500萬度/年，年度運營費用節約454萬，10年總資金節省4885萬020004000600080001000012000Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10各方案累計資金投入比較騰云間接蒸發冷冷凍水系統1045750700856042604190300750200020004000600080001000012000冷凍

14、水系統間接蒸發冷騰云10年末各方案累計資金投入比較初始設備投資用電成本用水成本維護費用應用騰云方案的優勢與價值特性優勢價值風冷系統設計，無蒸發冷卻整體式氟泵高能效系統設計使用成熟系統、成熟器件（管翅式換熱器、渦旋壓縮機、氟泵、制冷劑系統）一體式設計，高度預制化戶外型安裝充分考慮運輸條件的產品設計無水需求，更無水耗節能可靠成熟應用，維護方案簡單成熟，使用壽命長現場安裝工程量少減少了現場工程（包括長連管高落差）對于質量、能效的影響不占據室內面積和空間空調維護不進主機房運輸方便適應缺水地區使用節省用水成本節省水處理、維護成本確保通過能評（PUE1.25）降低運行能耗成本減少供配電成本運行可靠，不需要

15、專業維護人員（水系統需要專業維護人員），運維成本低、使用壽命長項目實施工期縮短工程費用降低提升了運行可靠性保證了高效低碳運行得柜率大幅提高降低了維護對于主機房運行的影響與風險到貨進度可控運輸費用降低數據中心綠色節能運行AI節能調優突破當前產品節能瓶頸，成為數據中心節能新方向氣流組織新型末端冷源端監控系統1.創新制冷技術（如：液冷）僅適用于高功率密度場景（如：超算），90%+數據中心依舊采用傳統暖通制冷方案2.傳統產品級節能技術主要依賴工程學公式及專家經驗，面對設備繁多、架構復雜的暖通系統，已接近節能極限基于AI智能算法構建 系統級、端到端的節能調優服務，將成為綠色低碳運營的下一個發展點結合AI

16、人工智能，打造數據中心AI節能調優解決方案依托AI算法+暖通機理+專家經驗，打通BA、動環等實時數據，實現冷凍水系統 5%15%的PUE降低BA群控系統動環監控系統PLCDDC冷卻塔冷水機組蓄冷罐電動閥水泵流量計壓力傳感器溫度計配電柜UPS蓄電池電量儀空調末端行級空調溫濕度微環境采集器運行參數控制指令運行參數控制指令接入層|預制豐富接口協議數 據 層-數據治理-對象映射-計算分析算 法 層-機理模型-專家經驗-調優策略運行參數節能策略運行參數節能策略應 用 層-能耗分析-能效管理-運行診斷-節能調優-報表報告-配置管理-系統服務交互展示層現場設備邊緣處理專業系統能管系統訓練平臺特征數據提取模型

17、訓練中心歷史數據模型提優關鍵特性：充分驗證，適配各類水冷管路拓撲場景母管制-不具備Freecooling母管制-具備Freecooling 1單管制-具備Freecooling單管制-不具備Freecooling母管制-具備Freecooling 2混合管制關鍵特性：專業、科學的點位設計是AI節能的基礎保障冷機參數運行狀態冷卻側進出水溫度冷卻側進出水流量冷卻側進出水壓力冷凍側供回水溫度冷凍側供回水流量冷凍側供回水壓力電流負荷及能耗板換運行狀態冷卻側出水流量冷卻側進出水壓力冷凍側供回水溫度冷凍側供水流量冷凍側供回水壓力冷卻側進出水溫度室外氣象干、濕球溫度相對濕度水泵運行狀態及頻率進出口壓力功率冷

18、卻塔運行狀態功率進出水溫度風機運行頻率總管冷卻水進出水溫度冷卻水進出水壓力冷凍水供回水溫度冷凍水供回水流量冷凍水供回水壓力冷卻水進出水流量蓄冷罐蓄冷量進出口流量進出口壓力進出口溫度空調末端運行狀態送回風溫度送回風溫差設置值送風溫度設置值供回水溫度水閥開度負載總能耗IT能耗制冷能耗室內環境冷、熱通道溫度冷、熱通道濕度BA群控制冷模式運行冷塔數量運行水泵數量參數設置運行冷機數量關鍵特性：精細化能效分析，全面洞察節能空間供電邏輯圖基于典型供配電拓撲框架的計算公式如下：PUE=數據中心機房總能耗/IT負載=P6(P8+P13+P14)/P12DCiE=IT負載/數據中心機房總能耗=P12/P6(P8+

19、P13+P14)CLF=制冷系統能耗/IT設備負載=P16/P12PLF=供電系統能耗/IT設備能耗=（P6-P7-P12-P15-P16）/P12數據采集數據統計系統根據空間、系統、設備及時間等多種維度進行能耗數據的統計分析，幫忙用戶從不同視角了解數據中心的能耗使用情況能效下鉆系統可查看能效指標的計算公式與各子項指標指，并支持繼續下鉆，以便用戶直觀地尋找到能效異常設備和參數費用計算系統具備電費計算模組，可根據地域特征預制公式，實現費用的自動核算提供多維度、多層級能耗計算及展示業務，對能效指標進行綜合分析及診斷，為電費核算、節能優化提供有效支撐管理目標5大價值能力，持續為客戶的綠色運營保駕護航

20、AI賦能融合AI算法、機理模型、專家經驗，實現系統化、端到端的智能節能調優閉環自控具備“L4”級自主調控能力，實現動態檢測、智能分析、節能控制的閉環化管理持續尋優基于歷史數據持續優化算法模型，提升模型適配性及精準度，使能持續最優運行全面匯聚打破“數據孤島”，構建一體化、全鏈路數據基座，為節能調優提供數據支撐精細分析提供多維度、多視角能效分析，全面洞察能源去向，精準識別節能空間存量數據中心的綠色節能改造典型PUE分析10.510.210.0510.360.150.0310.230.10.0200.20.40.60.811.2IT功耗空調功耗配電損耗輔助功耗典型PUE分析老舊機房PUE=1.77常

21、規中大型機房PUE=1.54新建機房PUE=1.3556%29%12%3%IT功耗空調功耗配電損耗輔助功耗65%23%10%2%74%17%7%2%老舊機房常規中大機房新建機房針對存量數據中心 空調設備耗電量占比較高，節能空間較大 配電系統損耗占比12%以上，也有一定的節能空間依米康數據中心節能思路自有資源開發、顧問和工程師勘測團隊01.咨詢勘測自有方案設計團隊02.節能方案方案模擬評估驗證03.方案模擬建筑裝飾工程設計專項甲級電子與智能化設計專項甲級04.設計機電設備安裝、電子與智能化工程一級建筑裝修裝飾、消防設施工程專一級安全技術防范一級05.現場施工自有驗證團隊及設備06.測試驗證自主開

22、發的軟件平臺07.運維數據中心節能改造方案流程介紹依米康PUE檢測平臺UPS系統配電系統空調設備智能電量儀其他配電設施PUE能耗管理直觀呈現數據中心的能源使用情況，還能輔助用戶管理運營成本，更可滿足國家倡導的合規要求。通過對不同設備/區域的采集，經服務器分析計算出PUE/pPUE的數值，分級反饋于平臺展示界面供用戶直觀判斷各項能耗情況。精確反饋PUE值對電路的功率、諧波、電流電壓、故障狀態、負載情況、三項平衡狀況進行系統分析，將電源質量直觀的反饋到客戶能效監測平臺。精確體現各項能耗指標依米康節能改造方案部件級設備級系統級精確送風氟泵節能改造新風節能配電設備室外機霧化噴淋EC風機改造高效模塊化室

23、外機蓄電池更新間接蒸發節能水冷-風冷雙冷源改造冷熱通道隔離環控系統升級改造加熱加濕優化智能巡檢機器人設備級替換改造適用于中小型數據中心或采用風冷精密空調的場景風冷空調替換為全變頻泵節能機組PUE1.3北京適用于中大型型數據中心，具備冷凍水供應的場景冷凍水空調替換為壁式風墻，增加水側自然冷PUE1.3北京風冷空調改造場景-水預冷雙冷源節能方案方案介紹適用范圍室外機安裝空間較小，散熱不好的場景；室外機存在老化、散熱性能下降或者散熱不足問題；室外機噪音較大，造成的擾民問題；方案特點根據項目特點，定制化系統方案，如開式/閉式冷卻塔選擇、管路系統設計等，實現客戶最大化效益；采用先進的BIM技術，實現設計

24、3D可視化及預制化，有效降低工程施工周期；靜音高效型冷卻塔，降低噪音排放，避免噪音擾民；變流量循環水泵，高效節能；采用電動調節閥變流量技術，精確匹配末端流量，精確、快速、節能；依米康雙冷源節能降噪整體解決方案，在原有風冷空調系統的基礎上，增加一套冷卻水循環系統、水冷冷凝器、水處理系統以及控制系統；改造后，水冷系統作為主系統，原有風冷冷凝器為備用系統，在水冷系統停機維護或故障狀態下，風冷系統自動啟動運行，保障機房運行安全；客戶收益1、針對散熱不佳的常規風冷空調，改造后風冷空調能效比提升1以上，空調節能30%以上；2、改造后，提升了單位系統的制冷量；3、散熱系統雙系統備份，提升設備運行的可靠性。風

25、冷空調改造場景-氟泵自然冷源節能改造方案方案介紹依米康氟泵節能空調改造方案，采用一種新型空調節能技術。通過在原有空調制冷系統的基礎上加入氟泵節能模塊，在冬季室外溫度較低時，關閉壓縮機制冷系統，啟動氟泵節能制冷系統，利用自然冷源達到高效節能的目的。在過度季節，依據氟泵增壓和直膨式制冷技術，創新氟泵與壓縮機耦合運行技術，實現制冷系統能效提升。壓縮機制冷模式環境溫度大于20時,機組采用壓縮機制冷。雙動力節能模式環境溫度小于20大于5時,機組采用泵+壓縮機制冷，通過變頻泵輔助壓縮機運行，節省壓縮機功耗，有效降低壓縮機冷凝溫度，提高制冷量，能效提升10%以上。自然節能模式環境溫度小于5時，機組采用氟泵制

26、冷，充分利用室外自然冷源，大幅度降低機組能耗，能效比達到8以上；機組采用變頻泵，可根據需求調節流量，溫度更穩定。適用范圍依米康及主流品牌的機房空調；適用于除廣東、海南、福建、廣西四省外，其他區域均具有良好效果。單一機械制冷模式機械制冷模式混合制冷模式，省電22%以上，15室外泵節能模式，省電50%以上，5室外風冷空調改造場景-外機噴淋方案介紹空調室外機霧化噴淋節能解決方案，采用相變冷卻技術，系統主要由水處理系統、霧化系統及智能監控系統組成。其核心是離心霧化器，離心霧化電機將每一滴水霧化成原水滴體積1/500（霧粒直徑小于30m）。噴灑在冷凝器進風口前平行空間，使局部環境降溫3-15。有效降低冷

27、凝器進風口的環境溫度，提高冷凝器熱交換效率，達到降低制冷系統冷凝壓力，從而降低壓縮機運行功率，實現制冷系統能效的提升?？蛻魞r值 解決夏季高溫季節空調系統高壓告警帶來的停機問題，減小因制冷系統可靠性影響機房正常運行的風險；通過降低空調系統冷凝壓力，降低壓縮機運行功率，提高系統制冷能效，降低機房PUE值，有效降低機房運營成本；霧化噴淋技術，有效降低系統運行壓力，提高室外機清潔程度，延長空調設備使用壽命。水霧霧化降低進風溫度降低冷凝壓力減小壓縮機功率提高制冷能力提高機組能效適用范圍室外機選型偏小，夏季高溫季節，機組頻繁產生高壓報警現象；室外機散熱環境不佳，如半封閉式陽臺，回風條件不足等運用場景，造成

28、系統運行壓力偏高；由于室外機安裝較為密集，造成局部熱島效應，系統運行負荷較高的；室外機老化，冷凝器換熱能力下降。方案特點采用電動離心式霧化噴頭，解決了噴嘴容易堵塞的問題；采用高效過濾及軟化水處理系統，解決因水質問題對翅片造成的腐蝕問題；采用模塊化設計理念，快裝式系統結構，可實現工廠預制化及快速交付模式，縮短現場交付時間；氣流組織優化-CFD仿真室內氣流組織仿真氣流風速分布室內冷量相同的情況下，匹配滿足系統散熱量的室外機。分別對采用高密外機與普通外機布局差異及氣流組織差異進行CFD仿真模擬，通過模擬結果展示兩類外機的占地面積及回風溫度分布對比情況。普通室外機01高密模塊化室外機02室外散熱環境仿

29、真新建場景：利用CFD仿真技術，可看到建成投入運行后的冷卻效果，機房內所有區域的溫度、風速等數據均可在仿真圖形中逼真展現，迅速獲得最佳的冷卻設計方案。在用場景：對現場環境溫度場和氣流不佳情況，利用CFD仿真技術，可以迅速找到問題的根源，實施針對性的解決方案，有效的節約時間及資金，保障機房的良好運行。溫度分布改造后改造前方案介紹案級改造-微模塊改造方案(1)節省空間：配電、制冷等輔助設備與機柜并排擺放，美觀緊湊。(2)節能環保:高效率UPS，行級空調設備，配合冷通道做到冷熱空氣隔離，最大化利用空調冷量。(3)遠程管理：通過網絡監控功能實現對機房的全天候智能監控。(4)降低成本：通過節省運營/管理

30、/擴容成本，顯著降低TCO。機柜系統通道系統監控管理系統供配電系統制冷系統針對老舊數據中心，進行整體方案的改造，通過：冷熱通道隔離替換高效電源設備替換高效空調設備降低PUE 20%以上數字化運維-降低數據中心PUE人員績效管理制度崗位說明書培訓管理制度招聘管理制度人員儲備管理制度培訓、人員招聘資源運維工具管理制度知識庫管理制度備件庫管理制度服務臺管理制度服務交付建立服務交付程序應急響應建立應急響應規范技術軟件開發控制程序運維過程管理工具上線監控工具提調整研發發現&解決問題過程服務報告 告警級別管理事件管理 問題管理配置管理 變更管理發布管理 信息安全管理 專業技術人員 成熟管理體系 數字化運維平臺平臺值班組班次模型規則（時間、簽到）排班計劃值班任務（日歷）交接班（信息、日志、工單）功能&流程記錄&管理計劃制定階段任務執行階段排班計劃管理列表日歷式值班任務展示人員出勤統計班次交接班記錄模板創建結合業務需要，創建任務版，內容包括：內容、路線、點位、任務、計劃、頻次、方式計劃制定根據運維組織管理要求制定巡檢計劃，以生成巡檢任務任務管理綜合管理巡檢任務，運維人員通過平臺查看、管理巡檢任務，下載、上傳任務內容報告輸出通過回傳到巡檢數據，系統自動生成巡檢報告降低運營成本10%以上降低數據中心PUE 11%降低數據中心故障率感 謝 您 的 聆 聽