数据中心空调应“量体裁衣”——访中讯邮电咨询设计院有限公司教授级高工李红霞

整理 郑建星

截止2017年底，我国数据中心年耗电量超过全社会用电量的1.5%。PUE（power usage effectiveness）为数据中心年总耗电量/信息设备年耗电量的比值，目前我国数据中心PUE普遍高于2.0。空调系统能耗占比约40%，如何降低空调系统能耗的问题亟待解决。

审视特殊行业领域

“有关标准是不合理的”，中讯邮电咨询设计院有限公司教授级高工李红霞在近期某次会议上表态。这个否定的对象是相关数据中心的建设标准被归属到民营建筑设计里，从根本上混淆了这两种不同的场所对空调设备的个性化需求。

而对于设计师来说，所建数据中心的实际用途，以及建设单位的根本诉求都是需要在设计初期完全了解掌握的。

数据中心建筑外观形象比较简单，可类比为一个火柴盒。其内部系统包括机房、动力站、冷却塔、冷冻站、配电柜，整个系统都是为机房的数据服务。

以某一个真实的数据中心为例，单机柜功耗4～6 kW/柜，建设标准参考T3等级，从主要投资部分各项占比数据分析可以看出，电源工程占比最大，高达46.81%，而在用电能耗中，空调系统耗电量约占整个机房用电量的30%～40%。空调系统是数据中心的基础保证，数据中心空调与一般民用建筑空调不同，主要目的是消除机架散热量，保证机房正常运行，需全天24 h制冷运行。空调系统是一个系统工程，和气候有关，受能源政策、法规等影响，冷源方式差异也较大。那么，合理设计空调系统、降低空调系统运行成本，对IDC机房的建设、运行、维护起着重要作用，设法节省投资，降低能耗，是空调系统设计部门的核心思路。

“数据中心系统建设是为机房数据服务，而不是为人服务的。”李红霞在会议上特别强调了数据中心和一般领域的区别。同时她还认为，要以特殊需求作为配置空调系统的出发点方能建设好数据中心。

甄选差异解决方案

集中水冷式空调系统、集中风冷冷水空调系统、分散直膨式空调系统是常规的三种数据中心机房空调系统。李红霞对三者的能耗、投资、运维的区别及如何合理地进行系统选型进行了深入的分析。

水冷冷水式空调系统运行效率较高，能实现更低PUE。传统风冷精密空调能实现灵活配置、分期部署，但是运行效率较低，机房PUE较高，室外机占地面积大，其特点与风冷冷水空调系统相同。分散直膨式空调系统能够利用室外低温空气、减少主机运行时间、合理设计气流组织等方式有效降低能耗水平。

从节能的角度考量，不同设备的实际能耗并非一成不变，还可以采用变频技术、提高主机供水温度、提高机房送风温度等方式达到减少能耗的效果。当然，这需要设计方和项目方的细致工作。

从经济效益考虑，三种设备的优先顺位又有不同。以一个小于2 000个机柜的数据中心为例，集中空调每年运行维护费用200万～300万元，耗水20万m³。而分散空调系统每年仅需不到100万元运行费用。因此从运维成本来看，分散空调系统更具优势。

总的来说，数据中心空调系统建设应根据国家节能、环保的相关要求，在满足机房安全生产的前提下，综合空调系统运行的投资和运行费用，通过技术经济比较来确定其形式。需要注意的是，采用集中式冷冻水系统配置时应考虑水资源不足的风险，提前做好水资源专项评估工作。

总结上述分析，李红霞给出了数据中心空调系统的选型建议：大型数据中心机房适合采用集中水冷空调系统，小型或发展缓慢的数据中心机房采用分散风冷空调系统更灵活，而水资源匮乏地区可以因地制宜采用风冷冷水空调系统或分散式空调系统。

推敲合理系统设计

通信建筑空调系统建设是一项系统工程，涉及到建筑设计、工程管理、通信设备实施、运行维护等多个方面。一旦忽视某一点都会造成先天不足、后期需要改造的情况。

为此，李红霞给出了三点规范性建议：第一，在实际工程建设中，空调系统建设具有一定的灵活性，应当适应客户不同标准的需求，选择适宜的方案。第二，在空调系统设计中应充分考虑分期建设实施的情况，以备在后期的服务器安装时，根据客户实际需要功率作相应快速、便利地调整。第三，在满足标准要求条件下，空调系统设计越简单越好，方便后期运维时进行快速维护检修。

在具体技术范畴，李红霞提出了设计时应当确保适宜的围护结构，不可过度强调保温，同时加强气密性，尽可能减少新风量。还需要尽可能提高冷源温度（由7 ℃/12 ℃提升为12 ℃/18 ℃），延长自然冷却时间，提高制冷机的COP。精细运行合理节能的空调设计方案同样必不可少，能够最大限度地促使空调系统节能运行。

在技术领域之外，李红霞提醒设计师不要只把目光局限在具体的数值上，即空调的投资与PUE值相关，但数据中心建设不应为节能而节能，“单纯追求PUE值是不科学的，应设法找到一个经济合理的平衡点。”

在移动互联网、云计算、大数据等新兴产业快速发展的推动下，数据中心的优化不可或缺。作为该领域的翘楚，李红霞对实际工程设计应用做出精准分析，针对数据中心建设的问题，深刻阐释了数据中心空调选型、运维、系统设计等内容。力求让空调系统契合使用场所的特殊需要，在节能、稳定和建设过程中的灵活性上获得优化，为行业的发展带来切实的理论支持。这是数据中心领域进一步发展的根基，同时也是一位学者兼技术人员最高价值的体现。