2020年9月，中國在聯(lián)合國大會上提出了“雙碳”目標(biāo)：CO2排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年12月，中國在氣候雄心峰會上進(jìn)一步提出了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有關(guān)舉措?！半p碳”目標(biāo)的提出不僅為中國綠色低碳轉(zhuǎn)型指明了前進(jìn)方向，也為推進(jìn)全球氣候治理注入了新動能。
2022年2月，國家發(fā)改委等四部委聯(lián)合印發(fā)通知，同意在8地啟動建設(shè)國家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃了10個國家數(shù)據(jù)中心集群，“東數(shù)西算”工程正式全面啟動。
同時，在新基建以及5G、物聯(lián)網(wǎng)興起的背景下，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的深入推進(jìn)，老舊通信設(shè)備陸續(xù)退網(wǎng)，大量傳統(tǒng)通信機(jī)房出現(xiàn)閑置，這些閑置機(jī)房，甚至一些工業(yè)廠房，以及與之配套的電力、空調(diào)等基礎(chǔ)設(shè)施資源亟待盤活。數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施從投資規(guī)模及技術(shù)復(fù)雜程度上相比傳統(tǒng)通信機(jī)房均有較大差異。
機(jī)房承重、市電容量、電源和空調(diào)系統(tǒng)改擴(kuò)建的可能性是機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施化重構(gòu)的前提條件，也是改造的難點(diǎn)、節(jié)能減碳的重點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，針對性進(jìn)行改造分析總結(jié)，為數(shù)據(jù)中心改造提供參考方案。
國家對數(shù)據(jù)中心能源利用效率提出了新的要求，國務(wù)院及工信部、國家發(fā)改委、財(cái)政部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國資委、能源局等七部門都對此發(fā)布了相應(yīng)的文件，如：2021年10月24日，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動方案的通知》（國發(fā)〔2021〕23號）中提出，工業(yè)是產(chǎn)生碳排放的主要領(lǐng)域之一，對全國整體實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰具有重要影響。工業(yè)領(lǐng)域要加快綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展，力爭率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。
2021年11月30日，國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工信部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》（發(fā)改高技〔2021〕1742號），有序推動數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮其“一業(yè)帶百業(yè)”作用，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。目標(biāo)為2025年數(shù)據(jù)中心運(yùn)行電能利用效率（PUE）和可再生能源利用率明顯提升，新建大型、超大型1.3以下，國家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級達(dá)到4A級以上等要求。
各省市也對電能利用效率（PUE）提出了新的要求，詳見表1。
表1 各省市對數(shù)據(jù)中心PUE 的要求
但受限于各種現(xiàn)狀條件，建筑改造過程中，無法將PUE降至過低。因此，改造機(jī)房應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀條件，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，宜盡量提高能效利用水平，不宜盲目追求過低的PUE水平。
建筑改造過程中，土建規(guī)劃荷載尤其是屋頂荷載有限，不能滿足數(shù)據(jù)中心的荷載要求是一項(xiàng)常見的問題。主機(jī)房活荷載為8 ～12kN/m2，高于一般的建筑荷載2～5kN/㎡；同時，數(shù)據(jù)中心可能需配備大型空調(diào)機(jī)組，機(jī)電配套設(shè)備區(qū)域，如空調(diào)區(qū)域、室外機(jī)規(guī)劃位置、動力設(shè)備擴(kuò)容區(qū)域等，規(guī)劃空間、承重不足。
原有通信機(jī)房擬改造為數(shù)據(jù)中心架構(gòu)化機(jī)房，樓板承重?zé)o法滿足數(shù)據(jù)中心架構(gòu)化機(jī)房設(shè)備機(jī)柜裝機(jī)需求，樓板、次梁承重難以滿足新裝設(shè)備重量需求，需對機(jī)房梁、板加固。
機(jī)房梁、板加固的常規(guī)解決措施主要有直接加固法和改變傳力路徑法。本項(xiàng)目采用直接加固法進(jìn)行機(jī)房承重改造。
本項(xiàng)目改造機(jī)房的下方用房可進(jìn)行頂面改造，因此，首先，根據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和機(jī)柜排列方式、重量等條件，確定加固后承重目標(biāo)，按彈塑性理論或塑性理論進(jìn)行構(gòu)件計(jì)算，針對不同部位因地制宜選擇經(jīng)濟(jì)合理的加固方式。本項(xiàng)目對機(jī)房樓板采用粘貼碳釬維的方式進(jìn)行加固，對樓面次梁采用了粘貼型鋼或鋼板的方式進(jìn)行加固，須注意電力電池機(jī)房內(nèi)不應(yīng)采用粘貼碳纖維加固。樓板、次梁加固均采用板底加固。
對于直接加固法無法解決的機(jī)房（如改造機(jī)房下方用房無法進(jìn)行頂面加固改造），當(dāng)樓板、次梁承載力不能滿足通信設(shè)備重量要求時，應(yīng)采用改變傳力路徑法根據(jù)設(shè)備安裝位置，合理架設(shè)鋼梁，將其荷載直接傳遞至框架主梁。
對現(xiàn)有機(jī)樓進(jìn)行大規(guī)模加固改造應(yīng)考慮機(jī)房現(xiàn)有條件、改造難度、改造成本，避免影響正在使用的機(jī)房甚至大樓整體結(jié)構(gòu)安全，且須符合現(xiàn)行國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
本項(xiàng)目改造完成后，整潔美觀，機(jī)房承重滿足設(shè)備裝機(jī)要求，運(yùn)營狀況良好。機(jī)房改造效果圖如圖1所示。
圖1 機(jī)房加固改造效果
由于業(yè)務(wù)發(fā)展需求，Z項(xiàng)目擬對機(jī)樓五、六層機(jī)房進(jìn)行改造，機(jī)房在進(jìn)行了樓層承重加固改造后凈高受限，無法滿足常規(guī)2200mm高度機(jī)架安裝要求，針對此情況，需因地制宜地制定經(jīng)濟(jì)合理的解決方案以滿足裝機(jī)要求。
為了滿足五、六層新機(jī)房的用電需求，主樓規(guī)劃了高壓配電室、變壓器室和低壓配電室，首層新建1套高壓配電系統(tǒng)和2臺2000kVA變壓器，四層新建2套低壓配電系統(tǒng)；為滿足裝機(jī)要求，完成四～七樓的承重加固改造和消防系統(tǒng)整改；新建了相應(yīng)配套的高壓直流系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)房電照裝修工程等。
機(jī)樓五、六層機(jī)房原梁下凈高為2950mm，進(jìn)行了上述加固改造后，機(jī)房的梁下凈高僅為2800mm，用常規(guī)的數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)模式進(jìn)行改造，現(xiàn)有條件難以滿足機(jī)柜安裝需求。
本項(xiàng)目從機(jī)柜設(shè)計(jì)功耗和分區(qū)規(guī)劃角度出發(fā)，制定了兩種針對性的改造方案：
（1）架空地板下送風(fēng)+冷通道機(jī)柜（或冷通道封閉）。對于單機(jī)架功耗較低的IT機(jī)柜，在滿足設(shè)備安裝需求的前提下，采用高度為1800mm的IT機(jī)柜，機(jī)房活動地板高度為500mm，控制走線架層數(shù)和高度，最大限度地利用有限的機(jī)房凈空高度。
（2）列間空調(diào)+冷通道封閉。對于單機(jī)架功耗較大的IT機(jī)柜，可采用高度為2200mm的IT機(jī)柜，配置列間空調(diào)，進(jìn)行冷通道封閉，控制走線架層數(shù)和高度，最大限度地利用有限的機(jī)房凈空高度。
本項(xiàng)目改造完成后，各項(xiàng)條件均符合中國電信相關(guān)機(jī)房建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，五、六層已有部分機(jī)房投入使用，運(yùn)營狀況良好。機(jī)房改造效果圖片如圖2。
圖2 凈高受限時改造效果
部分老舊機(jī)房由于空調(diào)系統(tǒng)形式單一、氣流組織不合理，運(yùn)行存在安全隱患；“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)運(yùn)行能效低下。系統(tǒng)功能性單一，存在單系統(tǒng)故障隱患；室內(nèi)外熱環(huán)境工況下，制冷系統(tǒng)衰減，存在宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，等原因需要進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)置換改造。
對于數(shù)據(jù)中心，改造過程中一般要求滿足設(shè)備在線業(yè)務(wù)需求，保障業(yè)務(wù)正常運(yùn)行；匹配業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)按需輸出減少浪費(fèi)；彈性擴(kuò)容，按需實(shí)施，合理利用現(xiàn)有物理空間解決現(xiàn)有問題的要求。
東莞Y數(shù)據(jù)中心大樓地上8層，地上建筑面積32670.24m2。中央空調(diào)水系統(tǒng)共用1套分水器和集水器，在分/集水器進(jìn)出口閥門處出現(xiàn)漏水故障時，需要關(guān)停整套空調(diào)系統(tǒng)方能檢修，存在單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。
為了保障大廈機(jī)樓的制冷安全，設(shè)備更換需要不間斷連續(xù)運(yùn)行，保證業(yè)務(wù)實(shí)時在線，設(shè)計(jì)臨時管路進(jìn)行改造。
（1）進(jìn)行實(shí)施前準(zhǔn)備階段詳細(xì)檢查，保證管路、閥門正常運(yùn)行，制定詳細(xì)且可靠的割接方案；（2）對應(yīng)冷凍水泵和冷水機(jī)組，需要從原空調(diào)系統(tǒng)中單獨(dú)隔離出來，檢查壓差旁通閥前后的閥門關(guān)閉無誤后，根據(jù)臨時管路路由進(jìn)行施工；臨時管路及閥門安裝后的管道需清洗干凈后，接入原空調(diào)系統(tǒng)，拆除過程中不能影響原空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、不能破壞設(shè)備及保溫；（3）分/集水器前后的閥門安裝完成后，需對臨時管道進(jìn)行拆除；（4）臨時管道拆除時，原拆除的冷水機(jī)組對應(yīng)的軟接和壓差旁通閥應(yīng)重新進(jìn)行安裝，同時，軟接和壓差旁通閥的功能及狀態(tài)應(yīng)恢復(fù)至拆除前的狀態(tài)（圖3）。
圖3 空調(diào)系統(tǒng)臨時管路系統(tǒng)圖
改造期間，在閥門切換時發(fā)生末端水流迅速下降的情況，此時，快速恢復(fù)原狀態(tài)，保證末端正常運(yùn)行。后經(jīng)核查為管路搭接時，分水器供水管處原應(yīng)接至閥門后，現(xiàn)場接至閥門前導(dǎo)致水流回流，并無通向末端管路。
因此，在此類管路改造過程中，應(yīng)特別注意管路搭接的問題，因現(xiàn)場可能增加較多管路，施工難度上升，閥門關(guān)系改變，容易造成管路搭接的問題。
核查調(diào)整管路后順利完成改造，同時，在改造前期，改造時不影響大樓日常運(yùn)行。順利對故障點(diǎn)，分、集水器進(jìn)行更換。采用臨時管路的改造方法同樣適用于其他設(shè)備、機(jī)組的更換，不受天氣情況影響。
老舊綜合機(jī)房內(nèi)設(shè)備統(tǒng)一朝向、氣流組織混亂。另外，當(dāng)層高不足時，可以調(diào)整空調(diào)設(shè)備和氣流組織降低其對層高的需求。
朝向調(diào)整：調(diào)整每兩列機(jī)架中的一列設(shè)備朝向，調(diào)整后兩列設(shè)備面對面，進(jìn)風(fēng)口朝內(nèi)，散熱口朝外。
加裝設(shè)施：在調(diào)整后，兩列機(jī)架通道上方加裝頂蓋、空調(diào)送風(fēng)口、兩端玻璃推拉門，每兩列組成一個封閉冷通道。
安裝盲板：改造后的冷通道內(nèi)，空閑機(jī)架位置安裝盲板，使冷通道完全封閉，最大程度保證冷氣不外溢。
定點(diǎn)送風(fēng)：對OTN下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)、OLT機(jī)架背靠背安裝的兩類特殊設(shè)備，采用管道定點(diǎn)送風(fēng)，不再進(jìn)行冷通道改造。
結(jié)合各機(jī)房條件，安徽省內(nèi)已實(shí)施兩地市4個機(jī)房，年節(jié)約電費(fèi)27萬元。
以X開發(fā)區(qū)綜合機(jī)房為例，改造后空調(diào)由6臺減少到4臺，關(guān)閉了2臺60KW空調(diào)，空調(diào)設(shè)定溫度由22℃提升至24℃，機(jī)房PUE由1.59下降到1.41，年節(jié)約電量約13.6萬度，節(jié)約電費(fèi)8.5萬元。
變配電系統(tǒng)主要包括市電引入、高壓配電、變壓器及低壓配電系統(tǒng)等，其中市電引入容量是制約數(shù)據(jù)中心機(jī)房的關(guān)鍵資源。
機(jī)樓原有一路市電供電，配置1臺1250kVA變壓器，不能滿足機(jī)房改造要求，因此，改造為引入2路市電，2臺2000kVA變壓器。
機(jī)樓周邊商業(yè)用戶眾多，是片區(qū)核心和中心局點(diǎn)。一樓為電力區(qū)域、ODF區(qū)域；二樓整體規(guī)劃為數(shù)據(jù)傳輸機(jī)房、未來網(wǎng)絡(luò)預(yù)留區(qū)域及IDC機(jī)房。
根據(jù)工藝規(guī)劃，機(jī)樓共有3400kW用電需求，現(xiàn)有1250kVA變壓器無法滿足，因此需進(jìn)行改造。
本期工程將油機(jī)樓二層改造為高低壓配電房，安裝兩臺2000kVA變壓器與高低壓配電柜，工作完成后拆除原1250kVA變壓器及高低壓配電柜并搬遷。主要包含以下三個部分：（1）市電到院門口環(huán)網(wǎng)柜部分，該部分由電力公司設(shè)計(jì)并施工；（2）環(huán)網(wǎng)柜至室內(nèi)變配電系統(tǒng)：包括約新建40米鋼管、20米路面開挖、250米10kV電力電纜布放；（3）機(jī)房改造：二層設(shè)10臺高壓柜、一套直流操作電源、一臺后臺系統(tǒng)、兩臺2000kVA變壓器、20臺低壓配電柜。
本項(xiàng)目建設(shè)完成后，滿足了2層、3層IDC機(jī)房用電需求。
數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)總體可分為3類：（1）開源。即引入可利用能源。如光伏及風(fēng)力供電系統(tǒng)、自然冷源系統(tǒng)、新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)。（2）節(jié)流。通過一定的管理辦法和技術(shù)手段，提高效率，減少能耗。例如，采用轉(zhuǎn)換效率高的電源設(shè)備、中央空調(diào)變頻控制技術(shù)等。（3）政策節(jié)能。利用大工業(yè)、非工業(yè)和普通工業(yè)用電峰谷價差，引入蓄能、蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能；需求側(cè)響應(yīng)、碳交易產(chǎn)生額外經(jīng)濟(jì)效益抵償用能支出。
改造項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，不宜盲目追求過低的PUE,采取針對性措施，結(jié)合節(jié)能技術(shù)選取、制定合適的改造方案，同時，應(yīng)考慮施工技術(shù)問題，確保方案的可行性。
來源：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營管理 版權(quán)歸原作者
