方法論+黑科技，在深圳完成不可能的任務(wù)

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，如何讓數據中心的PUE降到1.3以下？深圳的目標是1.25，而且已經(jīng)有“領(lǐng)行者”率先實(shí)現。

2019年，深圳建筑總院大數據中心設計研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“深總院”）首批設計低于1.25的方案一次性獲得審批，并付諸實(shí)踐；2020年，廣東省出臺數據中心五年規劃，將PUE1.25推廣全省。

在維締技術(shù)（VERTIV，NYSE：VRT）2020設計院高峰論壇上，深圳建筑總院大數據中心設計研究院院長(cháng)曾建國全面介紹了深圳低于1.25的方法論和設計方案。

高標準 高挑戰

2013年，工信部提出新建大型數據中心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據中心的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，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局四部門(mén)聯(lián)合出臺《關(guān)于加快構建全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng )新體系的指導意見(jiàn)》，意見(jiàn)中指出，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。意見(jiàn)中提到一點(diǎn)：東西部數據中心實(shí)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。

出臺時(shí)間越晚的政策，對PUE的要求越嚴格，這是可以理解的。但從客觀(guān)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(cháng)可以利用自然冷源都難說(shuō)。

圖注：深圳全年溫度曲線(xiàn)圖，冬季氣溫最低氣溫13--22度之間

降低數據中心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。

在我國大量的運營(yíng)商和第三方數據中心里，冷卻塔+板換+冷水機組的水系統架構非常流行，這種架構雖然比較復雜，對建設過(guò)程要求較高，但對建筑形式要求較低，不受溫度和濕度影響，關(guān)鍵是非常成熟，國內的大多數設計院很喜歡出這種方案。

對于深圳這樣的地區來(lái)說(shuō)，水系統最大的硬傷是換熱環(huán)節過(guò)多，全年大部分時(shí)間無(wú)法使用自然的饋贈，需要開(kāi)啟冷水機組（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)，在北方的很多區域能夠較充分的利用自然冷源，實(shí)現PUE小于1.25的案例很多。但是間接蒸發(fā)冷卻對空氣的溫濕度要求也比較高，當遇到空氣濕度太高、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(zhù)在深圳要實(shí)現PUE低于1.25，采用傳統的制冷方案是無(wú)法實(shí)現的艱巨任務(wù)。

圖注：冷卻塔+冷水機組核心優(yōu)勢是對建筑形式要求最低的，但建設要求高

庖丁解牛 拆分能耗

數據中心是一個(gè)復雜的系統工程，從選址規劃、供電、制冷到內部服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò )等基礎架構，再到環(huán)保節能、智能運維都需要先進(jìn)的理念和設計。

要降低PUE，就必須正確理解PUE值的構成：數據中心的總耗電量與IT設備耗電量的比值，降低PUE值的實(shí)質(zhì)就是盡可能地降低分子，即數據中心的總耗電量，減去IT側的耗電量，數據中心基礎設施側（風(fēng)火水電）的能耗，大部分用在制冷環(huán)節，如冷機、空調等制冷設備。

曾建國院長(cháng)的思路便是：將數據中心看作一個(gè)整體，拆分數據中心能耗，并依此而構建模型。

圖注：如前所述，制冷環(huán)節仍然是降低PUE的關(guān)鍵所在

熟悉設計流程的專(zhuān)業(yè)人員都知道，數據中心里主要的設備是包含風(fēng)電、制冷、IT，都屬不同專(zhuān)業(yè)、不同團隊的人來(lái)設計實(shí)施。其中，絕大部分設計院也不設計IT部分，而IT的負載通常是恒定值。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，目前低碳綠建趨勢下，排放的趨勢趨零。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，需要高能效的設備和最短的傳輸；在空調系統也是如此，超高效制冷，極致轉換，這兩個(gè)領(lǐng)域本質(zhì)上都是將最簡(jiǎn)單的設備和最低的功耗結合起來(lái)，每一部分的PUE都控制到一定數值，最終實(shí)現整體PUE值的降低。

性能提升 架構優(yōu)化

曾建國院長(cháng)在談到降低PUE值時(shí)有一個(gè)觀(guān)點(diǎn)：將數據中心看作整體，不僅要實(shí)現設備級的節能、系統級的節能，還要實(shí)現項目級的節能，可以總結為：設備性能提升，系統架構優(yōu)化。

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

前文說(shuō)過(guò)，冷卻塔+冷水機模型會(huì )增加能耗，深總院以一項黑科技——智能氟泵系統取而代之，成為滿(mǎn)足PUE<1.25目標的關(guān)鍵。維諦技術(shù)（Vertiv）擁有專(zhuān)利的智能氟泵系統采用無(wú)水自然冷卻循環(huán)，作用類(lèi)似間接蒸發(fā)制冷模塊，但對空氣濕度不敏感，其“氟泵”不只是一個(gè)泵，它是一整套循環(huán)系統，包括數據中心內部的蒸發(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，結合變頻、間接蒸發(fā)、氟熱管泵、AI等多項技術(shù)，可以在三種模式下運行：動(dòng)力熱管模式、混合智能模式、高效壓縮模式。

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

當然在實(shí)施時(shí)面臨一個(gè)問(wèn)題，傳統機房空調的改良時(shí)面臨管路傳輸的限制，針對這個(gè)挑戰，深總院將維諦技術(shù)人工智能技術(shù)融入數據中心PUE群控系統中，一來(lái)通過(guò)人工智能群控技術(shù)，通過(guò)采取多種算法，可以預判IT負載，實(shí)現“按需制冷”，達到“預測未來(lái)溫度、智慧控制輸出”目的；二來(lái)基于“室內負載功耗、室內外溫濕度”變化，預測通道溫濕度，達成自動(dòng)學(xué)習調節，這樣可以實(shí)現動(dòng)態(tài)響應，根據制冷、數據中心場(chǎng)景定制，AI可完成不同模式空調的精確組合運行，達到按需智能和精確智能感應的目的。

通過(guò)實(shí)驗證據表明，在使用AI技術(shù)以后，可以降低數據中心10%的能耗。深總院的這套模型，從設備級、系統級、項目級開(kāi)始著(zhù)眼拆解數據中心能耗，通過(guò)建筑節能、電源系統、制冷系統的整合優(yōu)化，“深圳PUE1.25的價(jià)值”正在傳遞給更多的地區。

《中國青年報》曾評論：“當我們需要一把尺子來(lái)衡量當代中國的精神刻度時(shí)，深圳是最無(wú)疑義的選項之一。”作為最早一批要從設計的和業(yè)務(wù)，并往兩端上下延伸的深圳建筑總院大數據中心設計研究院，除了在數據中心領(lǐng)域的潛心研究，正不斷創(chuàng )新思路，打通從設計到規劃、再到建設的數據中心全生命周期服務(wù)，對于他們而言，PUE低于1.25是挑戰，但更多是機遇。