“双碳”背景下绿色低碳数据中心设计应对策略

何运全

中通服咨询设计研究院有限公司 江苏 南京 210000

我国数据中心行业正处于飞速发展阶段，虽然造就了繁荣景象，但同时也在某种程度上对生态环境造成了伤害，为防止该情况继续蔓延，便要提高对环境污染、资源过度使用等问题的重视程度。我国政府在近年来大力推进绿色、减排技术的研发及普及，并且提出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的战略目标。通过实行绿色低碳的理念，来减少对环境的破坏[1]。

①营造节能高效的运营环境。随着数据中心建设经验的积累，行业建设水平不断提高，对运营环境的要求越来越高，设计过程中需综合考量多方面因素，对环境温度、物理路由、功能流线、结构构造等进行合理规划设计。②提升高效清洁能源利用水平，最大限度地应用自然能源，并进一步提高能源利用率，有效降低PUE。③节能。选取合适节能的设备，引入新型节能技术，将应用于关键能耗部位，以此控制实际能耗。同时通过设计手段控制建筑自身节能，促使建筑自然采光、通风和节能均符合设计要求。④选取自然建筑材料。以低碳概念为设计基本理念，需选取当地自然施工原材料，展示当地区域特色的同时，节省相应的成本，但具体使用过程中，需对其进行系统性质量检查，严禁有害物质超标。⑤智能化、精细化的运营和管理。运用智能化集中运营管理平台，对数据中心运营状态实时监控，动态监管和调整，也是节能降耗的重要环节[2]。

当前，国内数据中心行业在践行绿色低碳理念时，仍处于实践探索阶段，国家已经针对不同地区、不同气候条件对于数据中心的设计PUE值和实际运营PUE值，提出了有针对性的限制要求，不同地方要求有所不同，且各地在执行力度上也有所不同，有的城市在国家要求的基础上提高该限制性要求的标准，有的地方有相应的政策扶持。不同的地区气候条件和清洁能源的资源也有很大差异。所以在制定技术方案时也势必有所不同，具体还要结合当地的气候条件、市政条件和客户需求，制定差异化的解决方案。同时，国内大量的存量数据中心在践行绿色低碳理念时存在更加复杂的自身限制条件，也要有针对性的制定独特的解决方案和策略。除此之外，还存在部分企业对于绿色低碳理念认识不足，在制定设计方案中会出现形大于实的情况，不仅未深入贯彻绿色低碳的生态建设理念，还因形式化设计影响了项目的建设质量与运行效率。基于此，为了更好地在数据中心项目中落实绿色低碳设计，必须在行业全面普及绿色低碳理念，通过多部门的共同协作努力，不断提高数据中心绿色低碳设计的科学性和可行性[3]。

3.1 合理选址

图1 甘肃兰州某数据中心效果图

将绿色低碳概念有效落实到数据中心设计中去，首先应该合理选取建设地址，即应该考虑项目所处的实际气候与区域资源环境：①尽可能选址在水力、风力、太阳能发电等清洁可再生能源充足的地区以及能充分利用工业废弃能源的地区，便于就地消纳新能源、高效利用清洁能源和可再生能源，并且可以采用市场化采购可再生能源来实现碳中和的目标[4]。例如甘肃兰州某数据中心，通过购买可再生能源电力（含风电、水电等）实现了碳中和的目标。②尽可能选址在气候环境温度相对较低的地区且能充分利用自然冷源的地区。可采用风侧自然冷却、水侧自然冷却以及冷媒侧自然冷却等自然冷却技术。根据数据中心建设地点的气候条件、空气质量、资源情况、初投资及运行费等因素综合分析，进行技术经济分析确定具体采用何种自然冷却方式及采用何种自然冷却装置与制冷设备的搭配方式。从而充分利用自然冷源，有效降低数据中心项目整体的PUE。③针对常年主导风向差别较大的地区，可以采用建筑布局合理顺应常年主导风向，保证室外散热设备的良好通风条件的设计策略。并且使散热设备不影响场地外相邻民用建筑及人行区的风环境、不影响场地内相邻民用建筑及人行区的风环境等。正确的选址，也将成为双碳战略的大背景下数据中心企业进一步获取发展机会的关键。

图2 甘肃兰州某数据碳中和证书

3.2 材料设备

数据中心项目建设中需要确保材料选择使用的合理性，重视整体的环保属性，首选无毒无污染材料。在进行施工建设的过程中，要使用具备绿色、环保属性的材料，注重选择其持续使用、可回收的特性，以此来实现低碳环保的效果，同时，也要考虑防止在材料运输的过程中出现大量能源消耗的情况。数据中心项目有大量的如服务器、变压器、柴油发电机、空调等设备，在设备选择时应优先选用有相关部门认证的节能高效产品。制冷和空调系统应具备随负载和室外环境温度自动调节供冷量的能力，冷水机组、水泵、风机、供水设备等宜采用变频设备[5]。

3.3 节能技术

在进行绿色低碳数据中心设计时要考虑到实际建造水平，充分结合实际情况，将新型可再生能源、技术与设备合理应用到项目中。①提升能源高效清洁利用水平。探索建设分布式光伏发电、燃气分布式供能等配套系统，引导新型数据中心向新能源发电方向发展，就地消纳新能源，推动新型数据中心高效利用清洁能源和可再生能源、优化用能结构，通过合理使用新型的再生能源，不仅能够减少当前不可再生能源的消耗情况，还能达到资源循环使用的效果。助力数据中心行业实现碳达峰、碳中和目标。②加快先进绿色技术产品应用。IT设备方面鼓励应用高功耗密度集成等高效IT设备。空调制冷方面鼓励采用液冷等高效制冷系统，选择水冷冷冻水、磁悬浮等节能性制冷技术方案，采用蒸发冷却、间接蒸发冷却、高效冷站、模块多联蒸发冷却热管制冷、新风直接自然冷却等技术来充分利用自然冷源。也可采用节能性制冷方案，叠加能充分利用自然冷源的制冷方案。同时提升供回水温度或者空调系统的送回风温度，延长自然冷源应用时间。供配电及电源方面采用高压直流等高效供配电系统、基于HVDC的预制化电力模组、能效环境集成检测等高效辅助系统技术产品，探索利用锂电池、储氢和飞轮储能等作为数据中心多元化储能和备用电源装置。用水方面加强水资源的循环使用，控制水资源利用率WUE。③建筑围护结构应遵循被动节能措施优先的原则，结合围护结构保温隔热和遮阳措施，降低建筑自身的用能需求。围护结构的热工性能应根据全年动态能耗分析情况确定最优值，并满足不结露要求。④建筑方面满足建筑在节能、节地、节水、节材、环境保护等绿色建筑以及海绵城市设计的要求。

3.4 全生命周期智能化管理平台

积极利用计算机信息技术、BIM技术等新兴数字技术手段，优化数据中心项目全生命周期的智能管理能力。通过构建基于3DGIS+BIM基础平台，集成采集设备、传输设备和管理设备等，将设备机房、数据中心机房内分散的多种监控系统、资产管理系统、预警系统、空间规划系统、运维流程管理系统等，结合项目设计、施工、采购与运营管理等各阶段，融合成为5D可视化管理平台，并智能化分析功耗、服务器状态、机房容量等，为项目管理运营提供可靠保障，全面提高资源利用和管理效率[6]。

支持采用合同能源管理等方式，对高耗低效的数据中心加快整合与改造。

综上所述，2021年7月工信部在其发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》中提出了运用绿色低碳技术建设新型数据中心目标。据统计，截止到2020年底，我国数据中心整体用电量占全国全社会总用电量的2.7%，预计未来5～10年内，随着产业转型升级和数据中心规模的不断扩大，用电量每年会增长10%。所以数据中心行业的绿色低碳对于实现“双碳”目标影响重大。技术创新是根本，设计是引导数据中心用能行为的关键，是减碳的基因。在数据中心设计中尽可能根据气候条件、区域能源资源、项目定位、需求，合理选用节能设备，合理采用节能技术，以及合理设置全生命周期的智能化管理等系统性的绿色低碳措施，助力新型数据中心目标的实现，也是作为一个社会生产参与者对于“双碳”目标应尽的责任和义务。