“雙碳”背景下綠色低碳數據中心設計應對策略

何運全

中通服咨詢設計研究院有限公司 江蘇 南京 210000

引言

我國數據中心行業正處于飛速發展階段，雖然造就了繁榮景象，但同時也在某種程度上對生態環境造成了傷害，為防止該情況繼續蔓延，便要提高對環境污染、資源過度使用等問題的重視程度。我國政府在近年來大力推進綠色、減排技術的研發及普及，并且提出了“2030年碳達峰、2060年碳中和”的戰略目標。通過實行綠色低碳的理念，來減少對環境的破壞[1]。

1 雙碳背景下綠色低碳數據中心設計內容

①營造節能高效的運營環境。隨著數據中心建設經驗的積累，行業建設水平不斷提高，對運營環境的要求越來越高，設計過程中需綜合考量多方面因素，對環境溫度、物理路由、功能流線、結構構造等進行合理規劃設計。②提升高效清潔能源利用水平，最大限度地應用自然能源，并進一步提高能源利用率，有效降低PUE。③節能。選取合適節能的設備，引入新型節能技術，將應用于關鍵能耗部位，以此控制實際能耗。同時通過設計手段控制建筑自身節能，促使建筑自然采光、通風和節能均符合設計要求。④選取自然建筑材料。以低碳概念為設計基本理念，需選取當地自然施工原材料，展示當地區域特色的同時，節省相應的成本，但具體使用過程中，需對其進行系統性質量檢查，嚴禁有害物質超標。⑤智能化、精細化的運營和管理。運用智能化集中運營管理平臺，對數據中心運營狀態實時監控，動態監管和調整，也是節能降耗的重要環節[2]。

2 綠色低碳概念在數據中心設計中運用現狀

當前，國內數據中心行業在踐行綠色低碳理念時，仍處于實踐探索階段，國家已經針對不同地區、不同氣候條件對于數據中心的設計PUE值和實際運營PUE值，提出了有針對性的限制要求，不同地方要求有所不同，且各地在執行力度上也有所不同，有的城市在國家要求的基礎上提高該限制性要求的標準，有的地方有相應的政策扶持。不同的地區氣候條件和清潔能源的資源也有很大差異。所以在制定技術方案時也勢必有所不同，具體還要結合當地的氣候條件、市政條件和客戶需求，制定差異化的解決方案。同時，國內大量的存量數據中心在踐行綠色低碳理念時存在更加復雜的自身限制條件，也要有針對性的制定獨特的解決方案和策略。除此之外，還存在部分企業對于綠色低碳理念認識不足，在制定設計方案中會出現形大于實的情況，不僅未深入貫徹綠色低碳的生態建設理念，還因形式化設計影響了項目的建設質量與運行效率。基于此，為了更好地在數據中心項目中落實綠色低碳設計，必須在行業全面普及綠色低碳理念，通過多部門的共同協作努力，不斷提高數據中心綠色低碳設計的科學性和可行性[3]。

3 雙碳背景下綠色低碳數據中心設計的有效應對策略

3.1 合理選址

圖1 甘肅蘭州某數據中心效果圖

將綠色低碳概念有效落實到數據中心設計中去，首先應該合理選取建設地址，即應該考慮項目所處的實際氣候與區域資源環境：①盡可能選址在水力、風力、太陽能發電等清潔可再生能源充足的地區以及能充分利用工業廢棄能源的地區，便于就地消納新能源、高效利用清潔能源和可再生能源，并且可以采用市場化采購可再生能源來實現碳中和的目標[4]。例如甘肅蘭州某數據中心，通過購買可再生能源電力（含風電、水電等）實現了碳中和的目標。②盡可能選址在氣候環境溫度相對較低的地區且能充分利用自然冷源的地區。可采用風側自然冷卻、水側自然冷卻以及冷媒側自然冷卻等自然冷卻技術。根據數據中心建設地點的氣候條件、空氣質量、資源情況、初投資及運行費等因素綜合分析，進行技術經濟分析確定具體采用何種自然冷卻方式及采用何種自然冷卻裝置與制冷設備的搭配方式。從而充分利用自然冷源，有效降低數據中心項目整體的PUE。③針對常年主導風向差別較大的地區，可以采用建筑布局合理順應常年主導風向，保證室外散熱設備的良好通風條件的設計策略。并且使散熱設備不影響場地外相鄰民用建筑及人行區的風環境、不影響場地內相鄰民用建筑及人行區的風環境等。正確的選址，也將成為雙碳戰略的大背景下數據中心企業進一步獲取發展機會的關鍵。

圖2 甘肅蘭州某數據碳中和證書

3.2 材料設備

數據中心項目建設中需要確保材料選擇使用的合理性，重視整體的環保屬性，首選無毒無污染材料。在進行施工建設的過程中，要使用具備綠色、環保屬性的材料，注重選擇其持續使用、可回收的特性，以此來實現低碳環保的效果，同時，也要考慮防止在材料運輸的過程中出現大量能源消耗的情況。數據中心項目有大量的如服務器、變壓器、柴油發電機、空調等設備，在設備選擇時應優先選用有相關部門認證的節能高效產品。制冷和空調系統應具備隨負載和室外環境溫度自動調節供冷量的能力，冷水機組、水泵、風機、供水設備等宜采用變頻設備[5]。

3.3 節能技術

在進行綠色低碳數據中心設計時要考慮到實際建造水平，充分結合實際情況，將新型可再生能源、技術與設備合理應用到項目中。①提升能源高效清潔利用水平。探索建設分布式光伏發電、燃氣分布式供能等配套系統，引導新型數據中心向新能源發電方向發展，就地消納新能源，推動新型數據中心高效利用清潔能源和可再生能源、優化用能結構，通過合理使用新型的再生能源，不僅能夠減少當前不可再生能源的消耗情況，還能達到資源循環使用的效果。助力數據中心行業實現碳達峰、碳中和目標。②加快先進綠色技術產品應用。IT設備方面鼓勵應用高功耗密度集成等高效IT設備。空調制冷方面鼓勵采用液冷等高效制冷系統，選擇水冷冷凍水、磁懸浮等節能性制冷技術方案，采用蒸發冷卻、間接蒸發冷卻、高效冷站、模塊多聯蒸發冷卻熱管制冷、新風直接自然冷卻等技術來充分利用自然冷源。也可采用節能性制冷方案，疊加能充分利用自然冷源的制冷方案。同時提升供回水溫度或者空調系統的送回風溫度，延長自然冷源應用時間。供配電及電源方面采用高壓直流等高效供配電系統、基于HVDC的預制化電力模組、能效環境集成檢測等高效輔助系統技術產品，探索利用鋰電池、儲氫和飛輪儲能等作為數據中心多元化儲能和備用電源裝置。用水方面加強水資源的循環使用，控制水資源利用率WUE。③建筑圍護結構應遵循被動節能措施優先的原則，結合圍護結構保溫隔熱和遮陽措施，降低建筑自身的用能需求。圍護結構的熱工性能應根據全年動態能耗分析情況確定最優值，并滿足不結露要求。④建筑方面滿足建筑在節能、節地、節水、節材、環境保護等綠色建筑以及海綿城市設計的要求。

3.4 全生命周期智能化管理平臺

積極利用計算機信息技術、BIM技術等新興數字技術手段，優化數據中心項目全生命周期的智能管理能力。通過構建基于3DGIS+BIM基礎平臺，集成采集設備、傳輸設備和管理設備等，將設備機房、數據中心機房內分散的多種監控系統、資產管理系統、預警系統、空間規劃系統、運維流程管理系統等，結合項目設計、施工、采購與運營管理等各階段，融合成為5D可視化管理平臺，并智能化分析功耗、服務器狀態、機房容量等，為項目管理運營提供可靠保障，全面提高資源利用和管理效率[6]。

支持采用合同能源管理等方式，對高耗低效的數據中心加快整合與改造。

4 結束語

綜上所述，2021年7月工信部在其發布的《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》中提出了運用綠色低碳技術建設新型數據中心目標。據統計，截止到2020年底，我國數據中心整體用電量占全國全社會總用電量的2.7%，預計未來5～10年內，隨著產業轉型升級和數據中心規模的不斷擴大，用電量每年會增長10%。所以數據中心行業的綠色低碳對于實現“雙碳”目標影響重大。技術創新是根本，設計是引導數據中心用能行為的關鍵，是減碳的基因。在數據中心設計中盡可能根據氣候條件、區域能源資源、項目定位、需求，合理選用節能設備，合理采用節能技術，以及合理設置全生命周期的智能化管理等系統性的綠色低碳措施，助力新型數據中心目標的實現，也是作為一個社會生產參與者對于“雙碳”目標應盡的責任和義務。