国家绿色数据中心建设促进国家碳达峰碳中和战略实现

周钢 梁海峰 张志斌 杨健 李雪松 肖海清 王峥

一、概述

为了深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和的决策部署，指导中央企业做好碳达峰、碳中和工作，国资委下发了《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》，明确了中央企业碳达峰、碳中和工作目标和要求。双碳工作需要各相关行业单位高度重视，也是中央企业要履行的社會责任。

随着全球分布的数据中心大量部署和云计算服务需求激增，其高运行能耗和碳污染问题日益严重。针对这种新兴的高能耗负荷，如何缓和数据中心碳足迹的有害影响，实现碳达峰、碳中和"3060"目标成为一项重要挑战。建立绿色节能高能效的数据中心是提高能源利用效率、降低运营商能耗成本的根本解决途径。从企业角度出发，电能开销是数据中心运营的重要成本之一，从环境角度出发，保护环境，降低能源消耗也是每个企业应尽的社会责任。

数据中心是新型基础设施节能降耗的关键环节，也是促进全社会降碳增效的有力抓手。近年来，我国数据中心规模不断壮大，推进数据中心绿色化转型升级势在必行。

近日，工信部等6部门公布2022年年度国家绿色数据中心名单，至此，我国已先后创建四批共计196家国家绿色数据中心，其中包括中国民航信息网络股份有限公司后沙峪数据中心，是民航领域获评的首个绿色数据中心。

作为数字经济的“底座”，近年来我国数据中心实现快速增长。推动数据中心绿色发展，既有助于数字经济可持续发展，也是新型基础设施节能降耗的关键环节。绿色数据中心长什么样？如何更好引导数据中心走低碳高效的绿色发展道路？国家绿色数据中心评价标准为我们指明了方向。本文将以中国航信绿色数据中心建设实践展开分析讨论。

二、数据中心高效利用技术

数据中心从建立之初就面临着不断扩展的需求，为未来业务发展的需求提供空间。其中，模块化、标准化技术逐渐发挥重要的作用。如新建数据中心，只用关心接水、接电和网络接入，除此之外的软件安装和部署都采用自动化的方式进行，可以有效缩短整个部署的时间。为了提高效率，需要科学的分析数据中心能耗监控及资源管理手段，数据中心运营企业必须分析对能耗有影响的因素，研究对这些因素具备持续跟踪和分析调配的技术和研发系统，辅助数据中心进行节能减排工作。

本章探讨了民航建设绿色数据中心的控制策略和高效应用模型，对软件级能耗模型及节能方案进行了改进，主要内容如下。

（一） 对暖通配电能源进行节能设计，实现高效运行

后沙峪数据中心采用变频离心式水冷冷水机组。额定工况下能效比（COP）为6.5，运行中能效比（COP）最高可达14.29。同时配置板式换热器，当环境湿球温度较低时，通过板换进行制冷，充分利用自然冷源。输送系统采用二级泵变流量系统（机房侧冷水机组定流量，负荷侧变流量），二级泵采用变频水泵，根据末端负荷变频，满足末端最不利管路压差设定，节省泵耗。冷却水泵采用变频水泵，根据实际需要冷却水流量自动变频。冷却塔采用变频风机，根据设定的冷却塔出水温度变频。

（二）建立基础设施能耗管理平台，利用数字化手段提升运维效率

自主研发建立的基础设施能耗管理平台，实现了时/日/月级电能利用效率（PUE）、基础设施设备的运行数据、运行状况的实时监控和能耗分布可视化，对底层动环、楼宇自控（BA）、蓄电池监控、电力监控、柴发监控等基础设施数据进行统一提取和整合分析，指导能耗团队进行能耗数据分析，及时发现问题，并根据运行数据及时调整运行策略，实现传统运维向数字化运维的转型。

（三） 通过对暖通系统控制逻辑升级及运行策略优化，实现PUE的跨越式降低

通过升级暖通楼宇自控（BA）系统控制逻辑，实现冷源系统全自动高效运行，电制冷、预冷、自然冷却3种运行模式无缝切换，冷源系统全变频运行。结合运行策略优化，合理设定冷冻水温度、空调风速，充分利用制冷系统冗余，暖通设备始终运行在高效区间。一次泵能耗降低58%，冷却塔电加热能耗降低90%以上，冷源系统能耗下降33%，每年自然冷源使用时间接近9个月。

（四） 民航PUE计算

中航信后沙峪新数据中心通过采用自然冷却和热回收等多种节能手段降低PUE。同时根据绿色IT系统的节能减排要求以及软件层的特殊要求，在传统的IT设备节能形式之外，进行了能耗评价模型的设计，提高了能耗评价体系的整体性以及评价标准的有效性。实现了公共云服务平台所在模块PUE稳定在1.3的目标。

三、能源资源绿色管理技术

（一）能源统计和分析

后沙峪数据中心能源消耗主要为电力和柴油，重视能源计量器具配备的管理，电能分项计量满足 GB/ T32910.3-2016要求。制定了相适应的能源管理制度，明确了能源管理的组织机构和岗位责任制，明确了相关的电、水、油等在使用、计量、统计报告、消耗成本等方面的管理要求或标准。能耗管理中规定了数据中心对每月电、水、油的消耗情况导出统计报表作为能耗分析的依据。数据中心每月、每季度、每年会对能源资源的统计报表进行分析，形成基础设施资源分析报告。

（二）运行管理

围绕节电和节水综合利用等方面发展目标，研究制定了后沙峪数据中心节能降耗管理策略，用以指导实际运行工作，并在工作中不断改进。节能策略包括：空调系统的节能策略、暖通设备的节能策略、机房模块气流组织的优化管理策略、基于神经元网络的数据中心冷却方案、变压器节能策略、UPS节能策略、水套加热器节能策略、中压柜二次电源节能策略、中压柜加热器节能策略、生产区照明节能策略等。定期对暖通设备、配电设备等进行维护保养、巡视检查、调优运行，一线值班组记录保存维护保养、巡视检查和调优运行情况。数据中心重点设备一般由设备供应商进行维护保养，维护完工后数据中心留存维护完工报告。

（三） 数据中心系统节能措施

后沙峪数据中心机房楼共2个冷冻站，每个冷冻站独立为本栋数据机房提供冷冻水，每个冷冻站设计采用1100RT（3867kW）变频离心式水冷冷水機组5+1台，每个冷冻站均设有蓄冷装置，以保证数据中心对连续制冷的要求。冷冻水供应采用二次泵系统，一次泵定流量运行，与冷水机组一对一配置，二次泵变流量运行，根据末端压差调整电机转速，以达到低负荷运行时节约能源的目的。每套不间断供冷系统由蓄冷罐、冷水机组、冷冻水一次泵、冷冻水二次泵（水冷冷水机组系统还包括冷却水泵、冷却塔）自然冷却用板式换热器、机房空调机组组成。冷冻水的供水温度为11.5℃，回水温度为18℃。制定了空调冷源系统利用自然冷源供冷技术、选用高效冷源和输送设备根据负荷进行变频调速、提升冷冻水温度加大供回水温差、提高送风温度，加大送回风温差等12条绿色节能措施。

（四）水资源管理

为加强用水管理，制定了节水制度、节水方案以及目标，设置了雨水回收系统，为园区提供绿化、冲洗地面的水源。当用水量突变，与历史统计数据的用量或趋势差别较大时，分析突变原因，并查找问题，若属非正常变化，通过运维管理调整至正常值；采用机电一体化实时在线监测对水处理站和空调水系统水质进行监测，设备根据水质自动运行处理，减少非必要人工干预；机房湿度精确控制，避免反复过度的除湿加湿；场地现在负荷较轻，还有多套设备冗余，将闲置用水设备的水排空，减少补水量。例如冬季将冗余制冷单元屋面以上的冷却塔的所有水排空。设有水处理站，中水经过过滤和反渗透装置处理合格后，为空调系统提供冷却水补水。不同来源、不同使用功能的用水分别设计量装置，进行用量管理和统计。

后沙峪数据中心根据自身情况合理制定了节约用水目标，提高循环用水率，用水综合漏失率低于3%；在能够满足需求的情况下，尽量减少用水量，每年节水率争取达2%以上。

四、数据中心智能运维系统设计

为实现后沙峪数据中心智能化精细化控制，研发了数据中心基础设施管理系统。该系统对底层动环、BA、蓄电池监控、电力监控、柴发监控等基础设施数据进行统一提取和整合分析。系统可以完成基础设施设备的运行数据可视化，通过直观的方式完成设备运行状态监控，及时发现设备异常，对操作结果进行数据确认，完成设备的精细化管理，提升运行安全、降低能耗、提升工作效率。同时配置管理数据库中保存并更新设备台账。

数据中心智能运维系统，使数据中心运维在数字化转型方面实现了质的飞跃。系统功能层面上实现了运维、运营、人员、质量的集中统一管理，按照业务功能分为采集层、处理层、管理层、展示层、决策层共5层。管理层又分为运营管理、运维管理、可视化管理三方面；运营管理是对基础设施进行成本、容量、能源、资产等进行管理；运维管理是管理数据中心日常运营操作，实现智能运维；可视化管理是数据中心三维可视化、二维可视化，建立动态模型。在技术架构层面上，引入了缓存机制，系统通过标准的接口协议与外部系统交互，为了提升数据访问压能力，支撑大型数据中心基础设施的智能化管理。

五、结语

本文探讨了民航建设国家绿色数据中心的绿色节能控制策略和应用模型，发现设备的主要能耗来源及降耗的不足，对软件级能耗模型及节能方案进行了改进，为满足绿色新型数据中心建设要求，研究采用数据中心能源高效利用技术和能源资源绿色管理等多种绿色节能技术，实现PUE稳定在1.3的目标。绿色IT是新一代数据中心建设的主旋律，建立绿色节能高能效的数据中心是提高能源利用效率、降低运营商能耗成本的根本解决途径。