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1、数据中心制冷技术“绿道”行业及政策解读技术发展展望0102数据中心新一代绿色制冷技术03数据中心绿色节能运行04存量数据中心的绿色节能改造05目录CONTENTS行业及政策解读“双碳战略”政策决定数据中心技术发展的主体基调“双碳政策”加速数据中心绿色低碳进程,国家/地方陆续出台针对数据中心节能降耗、升级改造的指导方针序号时间政策名称内容摘要部门12020年12月23日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到2025年,全国范围内数据中心形成布局合理、绿色集约的基础设施一体化格局。东西部数据中心实现结构性平衡,大型、超大型数据中心运行电能利用效率降到1.3以下发改委22021年7
2、月4日新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)分类分批推动存量“老旧小散”数据中心改造升级。“老旧”数据中心加快应用高密度、高效率的IT设备和基础设施系统,“小散”数据中心加速迁移、整合,提高“老旧小散”数据中心能源利用效率和算力能力工信部32021年10月18日关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见鼓励重点行业利用绿色数据中心等新型基础设施实现节能降耗。新建大型、超大型数据中心电能利用效率不超过1.3。到2025年,数据中心电能利用效率普遍不超过1.5。加快优化数据中心建设布局,新建大型、超大型数据中心原则上布局在国家枢纽节点数据中心集群范围内。各地要统筹好在建和拟建数据
3、中心项目,设置合理过渡期,确保平稳有序发展发改委42021年10月24日国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知提高节能管理信息化水平,完善重点用能单位能耗在线监测系统,建立全国性、行业性节能技术推广服务平台,推动高耗能企业建立能源管理中心加强新型基础设施用能管理,将年综合能耗超过1万吨标准煤的数据中心全部纳入重点用能单位能耗在线监测系统,开展能源计量审查。推动既有设施绿色升级改造,积极推广使用高效制冷、先进通风、余热利用、智能化用能控制等技术,提高设施能效水平国务院52021年11月8日贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案到2025年,数据
4、中心和5G基本形成绿色集约的一体化运行格局。数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率明显提升,全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到1.3以下,国家枢纽节点进一步降到1.25以下,绿色低碳等级达到4A级以上。鼓励使用高效环保制冷技术降低能耗。支持数据中心采用新型机房精密空调、液冷、机柜式模块化、余热综合利用等方式建设数据中心。推广制冷系统节能技术,优化气流组织,逐步通过智能化手段提高与IT设备运行状态的动态适配性加强用能管理,将年综合能耗超过1万吨标准煤的数据中心全部纳入重点用能单位管理。加快研究建立涵盖能效水平、可再生能源利用率、资源利用率、经济贡献率等指标的数据中心综合评估体系
5、和动态监测考核机制。组织实施国家工业专项节能监察,加强数据中心能效监察。引导利用率低、耗能高、效益差的小散数据中心腾退升级发改委62022年6月23日工业能效提升行动计划的通知加快液冷、自然冷源等制冷节能技术应用,鼓励采用分布式供电、模块化机房及虚拟化、云化 IT 资源、高温型 IT 设备等高效系统和设备,推广高压直流供电、集成式电力模块等技术,发展智能化能源管控系统。充分发挥数字技术对工业能效提升的赋能作用,推动构建状态感知、实时分析、科学决策、精确执行的能源管控体系,加速生产方式数字化、绿色化转型,推动 5G、云计算、边缘计算、物联网、大数据、人工智能等数字技术在节能提效领域的研发应用,积
6、极构建面向能效管理的数字孪生系统工信部政策解读时间要求:2025年新建要求:大型、超大型数据中心平均PUE降到1.3以下,国家枢纽节点进一步降到1.25以下,绿色低碳等级达到4A级以上既有要求:“老旧”数据中心-加速改造,要求PUE降到1.3以下“小散“数据中心-引导利用率低、耗能高、效益差的小散数据中心腾退、整合监管要求:对于规模超过100个标准机架(2.5KW)的数据中心逐一登记造册,形成规模、上架率、能耗水平等底数清单,每年报送完善重点用能单位能耗在线监测系统,建立全国性、行业性节能技术推广服务平台,并将年综合能耗超过1万吨标准煤的数据中心全部纳管,开展能源计量审查引导提倡:加快液冷、自
7、然冷源等制冷节能技术应用引导清洁能源开发使用推动构建状态感知、实时分析、科学决策、精确执行的能源管控体系,加速生产方式数字化、绿色化转型积极推广余热利用、气流组织优化、智能化用能控制等与IT设备运行状态的动态适配控制技术“绿色低碳”:数据中心行业自身发展的必然选择供配电PLF2N UPS0.071N+C UPS0.072市电直供+HVDC0.039市电直供+48V0.019市电直供+12V0.019制冷CLF直通风0.030.05间接换热0.070.1冷水机组0.250.35其他OLF照明0.011其他0.009我国PUE现状国内存量数据中心机柜规模 520万架大型及以上占比高达80%,规模
8、420万架2021年,我国数据中心 平均PUE=1.49其中,PUE1.5的数量占比 54%数据来源:中国数据中心市场报告数据中心耗电量分析数据来源:中国数据中心节能技术委员会整理2020年,数据中心年耗电量2037亿千瓦时,占全社会用电量的2.7%2021年,数据中心年耗电量2377亿千瓦时,占全社会用电量的3.0%节能空间分析PUE=总能耗/IT能耗=(IT+供配电+制冷+其他)/IT=1+PLF+CLF+OLF典型数据中心PUE场景,CLF为 0.30.4最具备节能空间技术发展展望下一代数据中心,打造绿色低碳融合智慧数据中心绿色低碳技术融合智慧运行 供电、用电绿色化 因地制宜的低碳方案
9、全生命周期的低碳绿色 从可回收材料到可持续环境生态 数字孪生支撑设计、实施与运行模块化、集成化、预制化 物理+设施+IT+网络技术融合 数字创新技术融合实践(AI、云 计算、大数据)物联网设备打通智慧协同 设备、人员、数据实时动态交互 兼顾业务可靠/低碳的实时寻优 人+AI高度协作的智慧运营针对不同客户场景的依米康空调产品方案Edge边缘计算运营商、铁塔、铁路基站分支结构、网点机房边缘小型机房机柜空调列间空调基站空调Enterprise企业数据中心企业自建机房列间空调恒湿机冷冻水空调风冷空调Colo第三方/大型IDC第三方大型IDC主机房配电室/电池间冷水主机冷冻水空调氟泵空调恒湿机列间空调C
10、DU间接蒸发冷冷水机组Hyperscale互联网/创新IDC 互联网大型IDC创新方案IDC整体式氟泵风墙液冷CDU液冷机柜液冷浸没箱液冷系统干冷器数据中心新一代绿色制冷技术大型IDC空调节能方案演进房间冷冻水方案PUE=1.31.5工程应用成熟能效提升有瓶颈间接蒸发冷方案PUE=1.151.25工程预制化,快速实施不占据建筑内面积耗水,水处理要求芯体维护困难整体式氟泵方案PUE=1.151.25工程预制化,快速实施不占据建筑内面积无水耗维护简单液冷方案PUE=1.081.15应用规模小器件平台不成熟成本昂贵风墙方案PUE=1.251.3延续主流暖通方案高水温带来暖通系统能效提升风机功耗下降自
11、然条件对IDC制冷技术选择的影响结合“东数西算”工程分布及气候、水资源分布来看,我国数据中心西北部集群/枢纽的气候条件(低温低湿)适合使用间接蒸发冷技术来提升能效,但这类区域大部分同时伴有水资源缺乏问题;南部集群/枢纽水资源丰富,但常年高湿(干湿球温差小)影响了间接蒸发冷的能效和造价。市场迫切需要一款能应用于高湿、缺水区域的数据中心高能效制冷方案。腾云-新一代绿色节能方案目标客户:互联网客户、第三方IDC客户主要场景:大中型数据中心适用区域:水资源匮乏地区、全年高湿度区域方案特点:低碳(低PUE)、无水、维护简单PUE水平:1.151.25安装方式:建筑侧面安装/屋顶安装机组尺寸:5500*3
12、100*3000mm(250kW)腾云SCF腾云产品结构一览图腾云节能运行模式-30102045运行模式 VS 室外温度氟泵节能运行模式混合制冷运行模式压缩机氟泵冷凝器氟泵机械制冷运行模式压缩机蒸发器电子膨胀阀氟泵冷凝器蒸发器电子膨胀阀蒸发器腾云方案节能性不同空调方案节能效果对比00.020.040.060.080.10.120.14青海阳泉兰州南京长沙乌兰察布CLF1.161.171.181.191.21.211.22青海阳泉兰州南京长沙乌兰察布PUE不同城市腾云方案能效指标四季运行节能表现不同负载率全年CLF/PUE表现(寒冷地区为例)满载情况下 年平均PUE低至1.213腾云主要技术参数
13、腾云主要安装方式多种安装方式,适配场地建筑同侧送回风侧面安装两侧送回风楼顶安装各方案投资回报测算以某5MW数据中心为例,腾云 VS 间接蒸发冷:节水2万吨/年,节电9万度/年,年度运营费用节约72万,10年总资金节省770万腾云 VS冷冻水系统:节水1.3万吨/年,节电500万度/年,年度运营费用节约454万,10年总资金节省4885万020004000600080001000012000Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10各方案累计资金投入比较腾云间接蒸发冷冷冻水系统560426040020004000600080001000012000冷冻
14、水系统间接蒸发冷腾云10年末各方案累计资金投入比较初始设备投资用电成本用水成本维护费用应用腾云方案的优势与价值特性优势价值风冷系统设计,无蒸发冷却整体式氟泵高能效系统设计使用成熟系统、成熟器件(管翅式换热器、涡旋压缩机、氟泵、制冷剂系统)一体式设计,高度预制化户外型安装充分考虑运输条件的产品设计无水需求,更无水耗节能可靠成熟应用,维护方案简单成熟,使用寿命长现场安装工程量少减少了现场工程(包括长连管高落差)对于质量、能效的影响不占据室内面积和空间空调维护不进主机房运输方便适应缺水地区使用节省用水成本节省水处理、维护成本确保通过能评(PUE1.25)降低运行能耗成本减少供配电成本运行可靠,不需要
15、专业维护人员(水系统需要专业维护人员),运维成本低、使用寿命长项目实施工期缩短工程费用降低提升了运行可靠性保证了高效低碳运行得柜率大幅提高降低了维护对于主机房运行的影响与风险到货进度可控运输费用降低数据中心绿色节能运行AI节能调优突破当前产品节能瓶颈,成为数据中心节能新方向气流组织新型末端冷源端监控系统1.创新制冷技术(如:液冷)仅适用于高功率密度场景(如:超算),90%+数据中心依旧采用传统暖通制冷方案2.传统产品级节能技术主要依赖工程学公式及专家经验,面对设备繁多、架构复杂的暖通系统,已接近节能极限基于AI智能算法构建 系统级、端到端的节能调优服务,将成为绿色低碳运营的下一个发展点结合AI
16、人工智能,打造数据中心AI节能调优解决方案依托AI算法+暖通机理+专家经验,打通BA、动环等实时数据,实现冷冻水系统 5%15%的PUE降低BA群控系统动环监控系统PLCDDC冷却塔冷水机组蓄冷罐电动阀水泵流量计压力传感器温度计配电柜UPS蓄电池电量仪空调末端行级空调温湿度微环境采集器运行参数控制指令运行参数控制指令接入层|预制丰富接口协议数 据 层-数据治理-对象映射-计算分析算 法 层-机理模型-专家经验-调优策略运行参数节能策略运行参数节能策略应 用 层-能耗分析-能效管理-运行诊断-节能调优-报表报告-配置管理-系统服务交互展示层现场设备边缘处理专业系统能管系统训练平台特征数据提取模型
17、训练中心历史数据模型提优关键特性:充分验证,适配各类水冷管路拓扑场景母管制-不具备Freecooling母管制-具备Freecooling 1单管制-具备Freecooling单管制-不具备Freecooling母管制-具备Freecooling 2混合管制关键特性:专业、科学的点位设计是AI节能的基础保障冷机参数运行状态冷却侧进出水温度冷却侧进出水流量冷却侧进出水压力冷冻侧供回水温度冷冻侧供回水流量冷冻侧供回水压力电流负荷及能耗板换运行状态冷却侧出水流量冷却侧进出水压力冷冻侧供回水温度冷冻侧供水流量冷冻侧供回水压力冷却侧进出水温度室外气象干、湿球温度相对湿度水泵运行状态及频率进出口压力功率冷
18、却塔运行状态功率进出水温度风机运行频率总管冷却水进出水温度冷却水进出水压力冷冻水供回水温度冷冻水供回水流量冷冻水供回水压力冷却水进出水流量蓄冷罐蓄冷量进出口流量进出口压力进出口温度空调末端运行状态送回风温度送回风温差设置值送风温度设置值供回水温度水阀开度负载总能耗IT能耗制冷能耗室内环境冷、热通道温度冷、热通道湿度BA群控制冷模式运行冷塔数量运行水泵数量参数设置运行冷机数量关键特性:精细化能效分析,全面洞察节能空间供电逻辑图基于典型供配电拓扑框架的计算公式如下:PUE=数据中心机房总能耗/IT负载=P6(P8+P13+P14)/P12DCiE=IT负载/数据中心机房总能耗=P12/P6(P8+
19、P13+P14)CLF=制冷系统能耗/IT设备负载=P16/P12PLF=供电系统能耗/IT设备能耗=(P6-P7-P12-P15-P16)/P12数据采集数据统计系统根据空间、系统、设备及时间等多种维度进行能耗数据的统计分析,帮忙用户从不同视角了解数据中心的能耗使用情况能效下钻系统可查看能效指标的计算公式与各子项指标指,并支持继续下钻,以便用户直观地寻找到能效异常设备和参数费用计算系统具备电费计算模组,可根据地域特征预制公式,实现费用的自动核算提供多维度、多层级能耗计算及展示业务,对能效指标进行综合分析及诊断,为电费核算、节能优化提供有效支撑管理目标5大价值能力,持续为客户的绿色运营保驾护航
20、AI赋能融合AI算法、机理模型、专家经验,实现系统化、端到端的智能节能调优闭环自控具备“L4”级自主调控能力,实现动态检测、智能分析、节能控制的闭环化管理持续寻优基于历史数据持续优化算法模型,提升模型适配性及精准度,使能持续最优运行全面汇聚打破“数据孤岛”,构建一体化、全链路数据基座,为节能调优提供数据支撑精细分析提供多维度、多视角能效分析,全面洞察能源去向,精准识别节能空间存量数据中心的绿色节能改造典型PUE分析10.510.210.0510.360.150.0310.230.10.0200.20.40.60.811.2IT功耗空调功耗配电损耗辅助功耗典型PUE分析老旧机房PUE=1.77常
21、规中大型机房PUE=1.54新建机房PUE=1.3556%29%12%3%IT功耗空调功耗配电损耗辅助功耗65%23%10%2%74%17%7%2%老旧机房常规中大机房新建机房针对存量数据中心 空调设备耗电量占比较高,节能空间较大 配电系统损耗占比12%以上,也有一定的节能空间依米康数据中心节能思路自有资源开发、顾问和工程师勘测团队01.咨询勘测自有方案设计团队02.节能方案方案模拟评估验证03.方案模拟建筑装饰工程设计专项甲级电子与智能化设计专项甲级04.设计机电设备安装、电子与智能化工程一级建筑装修装饰、消防设施工程专一级安全技术防范一级05.现场施工自有验证团队及设备06.测试验证自主开
22、发的软件平台07.运维数据中心节能改造方案流程介绍依米康PUE检测平台UPS系统配电系统空调设备智能电量仪其他配电设施PUE能耗管理直观呈现数据中心的能源使用情况,还能辅助用户管理运营成本,更可满足国家倡导的合规要求。通过对不同设备/区域的采集,经服务器分析计算出PUE/pPUE的数值,分级反馈于平台展示界面供用户直观判断各项能耗情况。精确反馈PUE值对电路的功率、谐波、电流电压、故障状态、负载情况、三项平衡状况进行系统分析,将电源质量直观的反馈到客户能效监测平台。精确体现各项能耗指标依米康节能改造方案部件级设备级系统级精确送风氟泵节能改造新风节能配电设备室外机雾化喷淋EC风机改造高效模块化室
23、外机蓄电池更新间接蒸发节能水冷-风冷双冷源改造冷热通道隔离环控系统升级改造加热加湿优化智能巡检机器人设备级替换改造适用于中小型数据中心或采用风冷精密空调的场景风冷空调替换为全变频泵节能机组PUE1.3北京适用于中大型型数据中心,具备冷冻水供应的场景冷冻水空调替换为壁式风墙,增加水侧自然冷PUE1.3北京风冷空调改造场景-水预冷双冷源节能方案方案介绍适用范围室外机安装空间较小,散热不好的场景;室外机存在老化、散热性能下降或者散热不足问题;室外机噪音较大,造成的扰民问题;方案特点根据项目特点,定制化系统方案,如开式/闭式冷却塔选择、管路系统设计等,实现客户最大化效益;采用先进的BIM技术,实现设计
24、3D可视化及预制化,有效降低工程施工周期;静音高效型冷却塔,降低噪音排放,避免噪音扰民;变流量循环水泵,高效节能;采用电动调节阀变流量技术,精确匹配末端流量,精确、快速、节能;依米康双冷源节能降噪整体解决方案,在原有风冷空调系统的基础上,增加一套冷却水循环系统、水冷冷凝器、水处理系统以及控制系统;改造后,水冷系统作为主系统,原有风冷冷凝器为备用系统,在水冷系统停机维护或故障状态下,风冷系统自动启动运行,保障机房运行安全;客户收益1、针对散热不佳的常规风冷空调,改造后风冷空调能效比提升1以上,空调节能30%以上;2、改造后,提升了单位系统的制冷量;3、散热系统双系统备份,提升设备运行的可靠性。风
25、冷空调改造场景-氟泵自然冷源节能改造方案方案介绍依米康氟泵节能空调改造方案,采用一种新型空调节能技术。通过在原有空调制冷系统的基础上加入氟泵节能模块,在冬季室外温度较低时,关闭压缩机制冷系统,启动氟泵节能制冷系统,利用自然冷源达到高效节能的目的。在过度季节,依据氟泵增压和直膨式制冷技术,创新氟泵与压缩机耦合运行技术,实现制冷系统能效提升。压缩机制冷模式环境温度大于20时,机组采用压缩机制冷。双动力节能模式环境温度小于20大于5时,机组采用泵+压缩机制冷,通过变频泵辅助压缩机运行,节省压缩机功耗,有效降低压缩机冷凝温度,提高制冷量,能效提升10%以上。自然节能模式环境温度小于5时,机组采用氟泵制
26、冷,充分利用室外自然冷源,大幅度降低机组能耗,能效比达到8以上;机组采用变频泵,可根据需求调节流量,温度更稳定。适用范围依米康及主流品牌的机房空调;适用于除广东、海南、福建、广西四省外,其他区域均具有良好效果。单一机械制冷模式机械制冷模式混合制冷模式,省电22%以上,15室外泵节能模式,省电50%以上,5室外风冷空调改造场景-外机喷淋方案介绍空调室外机雾化喷淋节能解决方案,采用相变冷却技术,系统主要由水处理系统、雾化系统及智能监控系统组成。其核心是离心雾化器,离心雾化电机将每一滴水雾化成原水滴体积1/500(雾粒直径小于30m)。喷洒在冷凝器进风口前平行空间,使局部环境降温3-15。有效降低冷
27、凝器进风口的环境温度,提高冷凝器热交换效率,达到降低制冷系统冷凝压力,从而降低压缩机运行功率,实现制冷系统能效的提升。客户价值 解决夏季高温季节空调系统高压告警带来的停机问题,减小因制冷系统可靠性影响机房正常运行的风险;通过降低空调系统冷凝压力,降低压缩机运行功率,提高系统制冷能效,降低机房PUE值,有效降低机房运营成本;雾化喷淋技术,有效降低系统运行压力,提高室外机清洁程度,延长空调设备使用寿命。水雾雾化降低进风温度降低冷凝压力减小压缩机功率提高制冷能力提高机组能效适用范围室外机选型偏小,夏季高温季节,机组频繁产生高压报警现象;室外机散热环境不佳,如半封闭式阳台,回风条件不足等运用场景,造成
28、系统运行压力偏高;由于室外机安装较为密集,造成局部热岛效应,系统运行负荷较高的;室外机老化,冷凝器换热能力下降。方案特点采用电动离心式雾化喷头,解决了喷嘴容易堵塞的问题;采用高效过滤及软化水处理系统,解决因水质问题对翅片造成的腐蚀问题;采用模块化设计理念,快装式系统结构,可实现工厂预制化及快速交付模式,缩短现场交付时间;气流组织优化-CFD仿真室内气流组织仿真气流风速分布室内冷量相同的情况下,匹配满足系统散热量的室外机。分别对采用高密外机与普通外机布局差异及气流组织差异进行CFD仿真模拟,通过模拟结果展示两类外机的占地面积及回风温度分布对比情况。普通室外机01高密模块化室外机02室外散热环境仿
29、真新建场景:利用CFD仿真技术,可看到建成投入运行后的冷却效果,机房内所有区域的温度、风速等数据均可在仿真图形中逼真展现,迅速获得最佳的冷却设计方案。在用场景:对现场环境温度场和气流不佳情况,利用CFD仿真技术,可以迅速找到问题的根源,实施针对性的解决方案,有效的节约时间及资金,保障机房的良好运行。温度分布改造后改造前方案介绍案级改造-微模块改造方案(1)节省空间:配电、制冷等辅助设备与机柜并排摆放,美观紧凑。(2)节能环保:高效率UPS,行级空调设备,配合冷通道做到冷热空气隔离,最大化利用空调冷量。(3)远程管理:通过网络监控功能实现对机房的全天候智能监控。(4)降低成本:通过节省运营/管理
30、/扩容成本,显著降低TCO。机柜系统通道系统监控管理系统供配电系统制冷系统针对老旧数据中心,进行整体方案的改造,通过:冷热通道隔离替换高效电源设备替换高效空调设备降低PUE 20%以上数字化运维-降低数据中心PUE人员绩效管理制度岗位说明书培训管理制度招聘管理制度人员储备管理制度培训、人员招聘资源运维工具管理制度知识库管理制度备件库管理制度服务台管理制度服务交付建立服务交付程序应急响应建立应急响应规范技术软件开发控制程序运维过程管理工具上线监控工具提调整研发发现&解决问题过程服务报告 告警级别管理事件管理 问题管理配置管理 变更管理发布管理 信息安全管理 专业技术人员 成熟管理体系 数字化运维平台平台值班组班次模型规则(时间、签到)排班计划值班任务(日历)交接班(信息、日志、工单)功能&流程记录&管理计划制定阶段任务执行阶段排班计划管理列表日历式值班任务展示人员出勤统计班次交接班记录模板创建结合业务需要,创建任务版,内容包括:内容、路线、点位、任务、计划、频次、方式计划制定根据运维组织管理要求制定巡检计划,以生成巡检任务任务管理综合管理巡检任务,运维人员通过平台查看、管理巡检任务,下载、上传任务内容报告输出通过回传到巡检数据,系统自动生成巡检报告降低运营成本10%以上降低数据中心PUE 11%降低数据中心故障率感 谢 您 的 聆 听