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国内数据中心液冷建设
来源: | 作者:Sunny | 发布时间: 2022-06-17 | 379 次浏览 | 分享到:
1.新一轮超大规模金融数据中心建设,在整体架构上正在经历由两地三中心向多地多中心,多地多活架构的转变。本轮向中西部地区建设的超大规模金融数据中心园区,以部署大数据分析及金融云业务为主。因此在系统及网络架构,容量规划,可靠性等级,以及关键系统的技术路线规划上需要考虑与业务架构相匹配。


2.超大规模金融数据中心园区的规划要面向未来,具有超前性。根据数据中心建筑的特点,建筑的生命周期一般50年以上,数据中心基础设施的生命周期一般在15年左右,ICT设备部署及更新的生命周期一般在3~5年左右。规划设计需结合以上特点进行。

3.超大规模金融数据中心园区规划需要如何满足日益驱严的能耗双控政策,实现低碳园区规划,以及如何*终实现数据中心园区碳中和的路径演进。

4.提高数据中心自动化运维水平,实现数据中心少人化,自动化,高效化的运维运营。

5.超大规模金融数据中心园区建设如何在项目的前期做好策划,重点做好项目的立项审批及窗口指导文件的编制,以及建设模式的选择与决策。


针对超大规模金融云计算数据中心园区,结合项目实践及特点,对于此类园区规划设计中的关键点进行梳理和研究,主要包括以下五个方面:

· 金融数据中心园区的高可用规划
· 绿色数据中心规划
· 低碳园区及数据中心的碳中和
· 数据中心园区智慧化自动化运维
· 数据中心项目的立项审批及建设模式选择


金融数据中心园区的高可用规划

可靠性规划是金融业数据中心建设的生命线,针对超大规模金融数据中心园区建设重要性高,规模大,运行中断对社会及经济影响严重的特点,做好项目的高可用规划是项目成功的重中之重。此类项目除了对标高等级数据中心建设标准外,结合项目的特点,建议还需重点关注以下两个方面的高可用规划。

1.市政资源的高可用规划

超大规模金融数据中心园区的选址分析,及市政供电、供水和网络资源的高可用接入,是项目高可靠建设的前提。应重点关注以下几个方面:

电力接入:超大规模金融数据中心园区,用电量非常大,一般均需要园区自建变电站(110KV变电站或220KV变电站),*好可以同时建设两座变电站,形成互为备用的关系。或一座变电站至少需要配置2台及以上互为备用的变压器。并确保园区变电站的上级电源由两个不同的上级变电站引来,保证供电的高可用性。

供水接入:项目所在地*好有两座(或至少一座)市政自来水厂(中水厂),通过环状或双路供水管网接入项目用地。用水量及供水管径需满足项目需求。

网络接入:项目所在地需要不少于三家运营商(电信/移动/联通/有线等)均可提供双方向,完全物理路径隔离的核心交换节点接入。

2.园区内关键基础设施资源的高可用规划

超大规模金融数据中心园区内要实现园区内高可用机房规划设计,建议园区内机房楼形成冗余互备的关系。将园区内互为备份或双活的网络,计算和存储资源部署在不同的建筑内。

超大规划金融数据中心园区在预算允许的前提下,建议建设园区内的综合管廊,将园区内部的供电、网络等管线在管廊内实现相互冗余的敷设,便于后期线路的扩容,分期建设及日常的运维管理。相互冗余的数据中心需要保证接入的供电、供水和网络资源路由相互独立。保证在任意点故障或非计划性损坏中断的前提下,不会影响整个数据中心园区各系统的安全运行。

绿色数据中心规划

超大规模金融数据中心向中西部地区布局,不仅在政策导向方面可享受相对低廉的建设成本,充足的水电油气等资源供给,以及优惠的电价政策红利。同时通过充分利用中西部地区寒冷干燥的自然条件,采用多种技术降低数据中心能耗,提高电能利用效率,使PUE 值达到业界领先水平。实现绿色数据中心,有非常多的技术,产品和解决方案可供选择,本文针对超大规模金融数据中心园区的特点,选择几种典型的,适用性高,具有技术前瞻性的技术方案进行介绍,分别是蒸发冷却技术,液冷技术,氟泵技术。另外,超大规模金融数据中心园区的规划还需结合项目的投资预算,确定适度超前的绿色建筑评价标准。

1.蒸发冷却技术

蒸发冷却技术是一项利用水蒸发吸热制冷的绿色节能技术,有直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种形式。直接蒸发冷却即空气和水发生直接接触时,空气不断地将显热传递给水降低自身温度,同时水由于吸热释放出汽化潜热,这种利用空气的显热换得潜热的过程就是直接蒸发冷却过程。间接蒸发冷却即产出介质(空气或水)与工作介质(空气和水)间接接触进行热湿交换,产出介质与工作介质之间不存在质的交换,仅是显热的交换。

蒸发冷却技术在空调应用形式有多种体现形式,如直接蒸发冷却空调,间接蒸发冷却空调,蒸发冷凝式冷水机组,蒸发式冷凝器,闭式冷却塔等。目前在中西部地区数据中心项目中应用较多的直接蒸发冷却空调及间接蒸发冷却空调技术原理如下图所示:

2.液冷技术

液冷技术,就是通过液体直接冷却设备,液体将设备发热元件产生热量直接带走。采用液冷,可以实现服务器等设备的自然散热,相对于传统的制冷系统,更为高效节能,还可以应对高功率密度数据中心的冷却工作。通过液冷技术可实现全年自然冷却,大幅度地降低数据中心PUE。按照液体与发热器件的接触方式,目前主流的服务器液冷技术包括冷板式(间接接触)和全浸没式(直接接触)两种。液冷常用的冷却液有水、矿物油和氟化液。


3.氟泵技术

氟泵空调系统包括数据中心内部的蒸发器、外部的风冷冷凝器、制冷剂气液分离器、油分离器和制冷剂循环泵。氟泵双循环空调系统有两套不同的制冷循环模式,即压缩制冷循环和氟泵制冷循环。当室外环境温度低于系统控制的设定点时,压缩机停止工作,氟泵启动。蒸发器中与室内空气换热后的制冷剂,直接进入风冷冷凝器与室外冷源进行换热,冷却成液态后的制冷剂在氟泵的作用下克服管阻回到蒸发器继续换热,达到节能效果。正常工作模式有压缩机模式、氟泵模式和联合供冷模式。


中西部很多地区都缺水,氟泵空调技术,是一种适合缺水地区的空调制冷解决方案。目前还有一些兼具节电和节水的技术,在氟泵空调技术的基础上,结合集中式蒸发冷却,磁悬浮压缩机等技术进行演化发展而来,如磁悬浮蒸发相变冷却技术(系统原理如下图所示)。其PUE及WUE均低于传统水冷系统,可应对能耗水耗双控的地区和应用场景。


· 磁悬浮蒸发相变冷机采用一台室外机拖多台室内机的模式。室外机放置在屋面,室外机分为蒸发式冷凝器和泵箱,泵箱内有压缩机和氟泵。无板式换热器等设备,换热效率高,自由冷却时间长。
· 混合制冷模式下,运行氟泵和压缩机系统,氟泵电耗远小于传统的冷冻水泵,从而大大降低机组全年的能耗
· 磁悬浮相变冷机系统蒸发压力高,压缩比较低,系统能效比高。
· 磁悬浮相变冷机系统采用磁悬浮压缩机,没有传统压缩机的摩擦损失,采用无油润滑技术,提高换热器的传热效率,降低压缩机的故障率。

4.绿色建筑和绿色数据中心评价

2015年,国家住房城乡建设部印发了《绿色数据中心建筑评价技术细则》,该细则作为国家标准《绿色建筑评价标准》GB/T50378的补充。技术细则强调建设绿色数据中心建筑的必要性和重要性,以及详细讲解如何对数据中心建筑进行绿色评价,提供评价依据。

2019年,中国建筑学会组织编制并批准了团体标准《绿色数据中心评价标准》(T/ASC05-2019),于2020年3月1日正式实施,该标准建立了基于资源能源利用效率提升、有毒有害物控制,基础设施安全和能源管理规范等构成的评价指标体系,并对相应的评价方法、评价等级划分进行了阐述和明确。

在国际上,很多发达国家都有自己的评价体系。比如美国的LEED、英国的BREEAM等。其中,LEED是目前世界各国建筑环保评估、绿色建筑评估及建筑可持续性评估标准中*完善,*有影响力的评估标准,已成为世界各国建立各自绿色建筑及可持续性评估标准的范本。

建筑绿色化应该是新一代超大规模金融数据中心园区规划设计的核心指标之一,建议按照不低于绿建二星标准设计,在项目预算允许的条件下,可以将绿建三星级(五星级)或LEED金级做为项目绿色建筑的建设目标。

低碳园区及数据中心的碳中和

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上宣布,中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和目标。

按照国家发改委等四部门印发的《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》,“推动数据中心绿色可持续发展,加快节能低碳技术的研发应用,提升能源利用效率,降低数据中心能耗”是重要原则之一。

截至目前,中国数据中心年用电量已超过全社会用电总量的1%。数据中心作为能耗大户,新建超大规模金融数据中心园区实现绿色低碳建设,对于数据中心行业逐步实现碳中和具有重要的引领和示范意义。

按照财政部和生态环境部组织编写的《绿色数据中心政府采购需求标准(试行)》(征求意见稿),要求“现有数据中心使用具有所有权的可再生能源使用比例不低于5%,使用比例应逐年增加”。数据中心具有所有权的可再生能源使用率如下表:


按照以上要求,数据中心政府采购项目需在10年内100%使用可再生能源,并有逐年明确的时间表使用比例。以上标准实际上对于可再生能源在新建金融数据中心的使用比例给出了更严苛,更具体的要求。


以下针对超大规模数据中心低碳园区建设及数据中心的碳中和路径,分别从供应侧、需求侧和产业链三个方面进行详细的阐述。

1.供应侧

超大规模金融数据中心园区从规划之初就应该考虑零碳能源的利用,从源头考虑分布式光伏、风电、水电等能源类型接入,推动能源清洁化,这是实现项目低碳运营*直接、*高效的途径。具体可采取的途径有:

· 自建分布式新能源发电
· 通过电力市场采购可再生能源电力
· 股权投资可再生能源项目
· 购买可再生能源证书

数据中心园区利用空余的屋顶面积部署分布式光伏,或采用光伏一体化幕墙,结合储能技术,实现园区内光伏可再生能源的利用。用于辅助办公区的照明及一般电力负荷用电。

新一轮超大规模金融数据中心建设在国家“东数西算”战略的引领下,一路向西,从规划的算力枢纽节点来看,内蒙古、甘肃、宁夏、贵州、成渝等省区都是我国的清洁能源重镇,丰沛的清洁能源可为数据中心提供源源不断的绿色电力,确保数据中心电力供应的清洁化,有利于我国数据中心行业碳达峰碳中和目标的实现。

2.需求侧

新一轮超大规模金融数据中心建设应充分利用中西部地区优越的自然气候条件,结合*新的数据中心关键系统技术方向,以及其他行业领域在能源,资源,低碳建设领域的研究成果和*佳实践,站在数据中心的需求侧,从以下多个方面进行数据中心的低碳和零碳规划。

· 高效制冷技术应用:采用高效制冷设备,如间接蒸发冷却、液冷技术、氟泵空调技术、制冷系统智能控制技术、冷热通道封闭、节能水泵(变频技术)、节能风机(变频技术)、提高冷却水供水温度等。

· 能源高效利用:设计阶段考虑数据中心园区低碳运营,形成多维度综合能源低碳实施方案。如AI节能优化技术、能量供应流*优的布局、变频技术、智能照明、高效LED灯具、低损耗节能变压器(一级能效)、高效UPS、高效的供配电系统等(在供配电链路尽可能使用更高的电压、减少变压器到芯片之间的转换/损耗次数)。

· 储能技术应用:储能技术的应用一方面从安全角度满足重要负载不间断供电的需求,另一方面可以实现削峰填谷效果。

· 智能微网技术:通过将电、冷、热等多种能源协同优化,开展能源综合供给的规划、建设、供应和运维,通过智能微网作为实现路径,依托“网-源-储-荷”的有机协调,发挥协同高效供给和智能调度的作用,满足项目场地多种不同负荷的需求。

· 高效的水资源利用:持续跟踪数据中心园区用水足迹,提高水资源利用效率。

· 设备的全生命周期管理:通过升级、翻新来延长产品寿命,建立产品全生命周期管理机制,针对设备合理的梯次利用、有序的回收处理处置,提升数据中心资源综合利用水平。

· 碳排放管理:减少温室气体逸散排放,对制冷剂的进一步限制,在智慧园区和智慧数据中心平台中建立碳排放管理及监测模块。

· 能源再利用:废热废能再利用。

目前,中西部地区各数据中心聚集区陆续出台了针对数据中心采用余热回收利用的政策要求,利用数据中心产生的中温冷却水通过设置水源热泵,实现数据中心余热回收利用,用于数据中心及辅助运维管理办公区供热,超出部分还可为周边建筑提供热源,提高能源再利用效率。



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