數據中心暖通系統建設交付關鍵路徑分析

姜欣廷，任若楠

（中國電信股份有限公司北京分公司，北京 100010）

0 引言

自2020年以來，國家部委、地方政府委辦局密集出臺了大量關于建設綠色數據中心、降低數據中心PUE的政策性文件。北京、上海、廣州等核心城市要求新建數據中心PUE控制在1.3以下，但目前大量數據中心的PUE在1.5以上，與政府要求差距較大。數據中心除去IT設備用電外，暖通系統耗電量占比最高，約占建筑總用電量的38%以上，從如何優化暖通系統建設交付的關鍵路徑角度出發進行相關研究，將有利于大型低PUE數據中心快速投產，滿足當下的政策要求。

1 數據中心暖通系統建設現狀

目前，北京及周邊區域數據中心暖通空調系統主要以風冷式及水冷式為主，僅有少量超算中心采取了液冷式。其中，風冷式空調在2012年之前投產的數據中心應用較為廣泛，這類數據中心普遍具備整體機架規模小、單機柜功率密度低的特點。風冷式空調雖然具備初期投資小、安裝簡單、維護方便等優點，但由于制冷銅管需要連接至室外路由且室內機與室外機距離受限，因此不適宜大規模部署。而液冷式雖然可以大幅提高數據中心的能源使用效率，但仍處于技術產業發展初期，對于未來如何進行余熱回收等問題仍處于探討與實踐階段，目前還不具備大規模部署的條件。目前，主流大型數據中心以水冷式空調系統為主，相對于風冷式空調，水冷式系統能夠在冬季利用室外自然條件實現數據中心的降溫。相對于液冷式，水冷式系統已經形成了一套成熟的建設交付體系，因此，水冷式系統對于響應政府節能政策及降低數據中心總運行成本都是比較好的選擇[1]。本文對于暖通系統建設交付進度的分析聚焦于水冷式冷水機組系統。

2 數據中心暖通系統建設交付面臨的問題

2.1 系統構成復雜

數據中心暖通系統位于數據中心支持區，主要涉及冷凍站、各主機房所在樓層、樓頂、室外、監控大廳五個建筑區域（見表1），涉及主要設備超過15類，以一棟能夠產出6 000架平均功率25A機柜的數據中心為例，典型配置冷機、板換、冷卻泵、冷凍一次泵、冷凍二次泵、冷卻塔、冷卻水冷凍水處理系統各8臺，恒濕機超50臺，冷凍水精密空調超300臺。如此大規模的設備安裝施工不僅涉及水管路的連通也包括相關配電系統的對接，極大地消耗了有效的工作時間。同時，數據中心暖通系統除相關硬件設備的安裝外，也包括BA、動環等軟件系統的調試。相關系統數據采集點包括：400余臺設備運行狀態監控、7 000多個溫濕度傳感器、超400個管道壓力和水溫傳感器，對相關數據的采集、校對和基于此的自控邏輯調試工作難以在2個月內全部完成。

表1 數據中心暖通系統作業面分析

2.2 施工工序存在較大制約關系

數據中心暖通系統建設的主要流程如圖1所示，其中存在一定因工作面分散，可以通過增加人、料、機開展并行施工趕工的工作，但其中也存在大量的固化流程施工項，若前一道工序未能完成則無法進入下一道工序，這部分工期通過并行施工是無法提前完成的。這種制約關系是影響暖通系統建設交付的關鍵所在。以大型蓄冷罐建設為例，涉及地勘、打樁、基礎制作及養護、罐體拼接、管道連接、探傷、打壓、電伴熱、保溫、彩殼、調試等10余項施工工序，一方面，每項工序均有嚴格的驗收檢測標準，通過相關驗收檢測后才能進入下一道工序，比如承載蓄冷罐的樁基完成之后需要進行嚴格的沉降試驗，相關檢測結果直接影響后續罐體的穩固性，相關檢測時間必須保證；另一方面，蓄冷罐為大型立體圓柱形結構，高度可近30 m，相關罐體拼接必須逐層展開，后續外保溫制作又涉及高空作業，難以開展大規模并行施工。基于上述原因，蓄冷罐的整體施工普遍需要3個月以上的時間。

3 保障關鍵路徑確保交付時間

水冷式冷水機組數據中心主要有冷凍水系統、冷卻水系統及BA系統三條關鍵路徑，下面對這三條關鍵路徑中的重要節點進行分析，同時對每一節點的建設交付管控要點進行了明確。

3.1 冷凍水系統建設交付關鍵路徑

冷凍水系統建設交付全流程中的關鍵路徑可簡化提煉為以下五部分：垂直主管道安裝、冷機等設備到貨就位、水平管道安裝、水泵開機管道沖洗、冷機開機，此關鍵路徑的完成代表著冷凍水系統基本達到了緊急業務上線的保障運行能力。具體來說，垂直主管道安裝貫穿冷凍站（往往在建筑物底層）至各個機房樓層，建議隨土建工作同時進行，如果在機電設備到貨時垂直主管道還未安裝完成，冷凍水系統建設進度將難以保障。冷機、板換及水泵是冷凍水循環系統的三類重要組件，這三類設備到齊就位代表著水循環管環路具備施工連通條件，部分設備存在簽署訂單后才開始生產的情況，因此要重點關注其生產、到貨周期，在到貨前要確保完成設備基礎的制作及養護，在到貨就位過程中要確保大型設備運輸通道的暢通性，在完成就位后，要加快相關管路的連接及供電系統安裝。水平管道安裝既包括了冷凍站內部各管道的制作和連通，也包括了空調間區域的管道制作，具有施工量大的特點，在此過程中可以通過增加人員并行施工及施工完成后分段打壓的方式，縮短建設工期。水泵開機是數據中心暖通系統建設交付過程中的一個極為重要里程碑事件，既代表著供配電系統具備水泵高功率設備運行能力，更代表著冷凍水管道已完成全部施工，進入正式交付前的收尾階段。水泵開機后首先需進行管道的多次沖洗直至排出水質達標，其后需進行管道的鈍化預膜，此時，整個項目已經進入了建設交付的階段，在此過程中要提前關注管道沖洗的進水流量及排水路徑，爭取將進度提前。最后，冷機及末端空調完成開機調試代表著整套冷凍水系統初步達到交付條件，在此過程中只要確保供電及時到位，便不會出現較大的延期風險。

3.2 冷卻水系統建設交付關鍵路徑分析

冷卻水系統建設交付全流程中的關鍵路徑可簡化提煉為以下五部分：垂直主管道安裝；冷機、水泵、冷卻塔到貨就位；水平管道安裝；水泵開機管道沖洗；冷塔及冷機開機。此關鍵路徑中的水平及垂直管道的安裝、沖洗進度管控要點與冷凍水系統基本一致，主要的差別在于冷卻水系統管路不涉及各個機房空調間區域，增加了樓頂區域，施工難度及工作量都有所簡化，若能保證與冷凍水管道同步啟動施工，基本不會成為項目建設交付的瓶頸。另外，由于冷卻水及冷凍水同時與冷機和板換進行管道連接，相關設備的進度管控要點與冷凍水系統一致，但是，冷卻塔是冷卻水系統特有的，通常安裝在樓頂平臺且設備體積大，很容易成為冷卻水系統延期交付的風險點。對于冷卻塔，在關注設備的訂貨、到貨情況的同時，既要關注設備到貨前的屋頂防水墊層施工及設備基礎制作，也要關注設備到貨后的現場拼裝情況及設備向樓頂的吊運準備，在設備就位后，因冷卻塔的供電路徑普遍大于數據中心其他用電設備，其相關配電系統的建設需重點關注。

3.3 BA系統建設交付關鍵路徑分析

在冷凍水及冷卻水系統完成設備安裝進入調試階段后，BA系統往往才開始搭建，相關關鍵路徑涉及系統搭建、數據采集及校準、邏輯設置、測試驗證四部分。系統搭建主要包括控制系統界面及數據庫搭建及弱電連接布線兩部分，由于BA系統涉及點位極多，基本覆蓋了暖通系統內的所有設備及主要管路[2]，相關弱電布線工作可以通過并行施工壓縮進度，對于基于服務器的軟件系統定制化工作，則可以要求廠家根據設計圖紙提前啟動。數據采集及校準工作必須針對每一個點位依次開展，需要為此規劃較多的時間。關于邏輯設置工作，目前主流廠家都有較為清晰的模板，基于此進行定制化調整即可，在此過程中重點要確保系統配置人員的專業性及工作的連續性。由于數據中心BA系統的建設往往在投產數月之后才具備測試驗證條件，在帶業務測試的場景下，需要關注測試方案的完備性，提前制定針對緊急事件的應急處理預案。

4 結束語

管理好數據中心暖通系統建設所涉及的三條關鍵路徑，不僅能夠有效保障系統建設交付的及時性，也能夠為系統穩定運行打下基礎。但同時，我們也應該意識到，數據中心暖通系統的交付標準并非固化，存在著調整的可能性，例如，在冬季交付的數據中心，只要數據中心服務提供方與客戶做好充分溝通，冷機不完成開機調試也能使暖通系統穩定運行，使項目提前交付成為可能。