丁波：科技赋能绿色低碳数据中心转型实践

中国银联信息总中心生产机房于2003年设计、2004年初建成投产使用，按照当时国标A级机房标准，部署国家金融系统关键基础设施。投产使用之初，满足了银联核心生产系统的部署需求，为各银行机构提供转接清算等服务。

随着新一代信息技术的快速发展，数据资源存储、计算和应用需求大幅提升，国家“十四五”规划对新型基础设施建设提出了现代化、数字化、绿色化的方针指引。低效、高能耗传统数据中心向高算力、高能效、高安全的新型数据中心转型已成为必然趋势。

随着云计算系统部署规模的逐步扩大，近年来，中国银联信息总中心在机房运营过程中围绕“绿色、节能、低碳”的总体方针，跟踪并采用了微模块部署、自然冷却集中式制冷系统、空调能耗智能管理系统、空调外机雾化节能、湿膜加湿系统、压缩机变频、ADU气流组织优化等数据中心节能技术，有序推进数据中心的绿色转型。

中国银联信息总中心 高级总监 丁波

中国银联信息总中心 郑翔阳

微模块部署

将传统机房逐步改造成微模块高密度机房，通过微模块冷热通道隔离，实现气流组织优化及IT设备高密度部署。相比传统机房，微模块高密度机房具有两个主要特点。

一是部署机柜功率密度高，单机柜可达5KW。传统机房单机柜规划功率密度在1.5KW，而微模块机房普遍高于传统机房，在3.0~5.0KW。二是冷热通道隔离，优化气流组织。冷通道与热通道隔离后，能够有效防止冷空气未经机柜直接与热空气交汇（即“冷量短路”），在微模块中内置水平送风空调单元，可以实现送风路程最短、冷量损失最小。

在模块化IT设备高密度部署的基础上，结合CFD气流组织仿真技术，仿真展现机房内所有区域的温度、风速等数据，可以迅速、直观地发现机房局部热点，消除冷量短路，减少制冷用电量，进一步提升制冷效率。

图1 微模块结构

集中式制冷

据公开资料，中国数据中心能耗约占全国能源耗电总量的5%，其中制冷系统能耗占数据中心总能耗的40%以上。在采用微模块高密度部署技术的同时，为提升机房空调系统的制冷效率，我们对机房直膨式风冷精密空调、大型冷冻水空调等多种制冷系统进行了考察比较。

直膨式风冷精密空调单台最高制冷量为100KW，且制冷能效比COP值一般在2.5~3.2之间（COP为制冷能效比，相同制冷量情况下，COP值越大，消耗的电能越少）。相对于传统机房直膨式风冷精密空调，大型冷冻水机组的COP值普遍高于3.5，在后端热负荷达到一定程度的情况下，集中式制冷技术可以有效节约备份冷量，提高制冷利用效率，有利于实现IT设备高密度部署。

冷水机组系统采用自然冷却技术，在冬季及春秋季的部分时段，能够合理利用室外自然冷源，进一步降低数据中心平均PUE值。在传感器监测到室外环境温度低于管道内回水温度时，能够将机房冷却回水先导流至内置的高效板式换热器中，与室外的自然冷源进行热量交换，实现预冷，利用室外自然冷源降低压缩机功率，达到局部免费制冷的效果。集中式冷冻水制冷系统能效比COP值达到3.5以上，即消耗1KW的电能产生3.5KW以上的制冷量。

实施效果方面，同等条件下相比直膨式风冷精密，冷水机组节约不低于10%左右的电能消耗。

图2 冷水机组系统原理

空调能耗智能管理

机房空调能耗智能管理系统，是指通过对空调系统加装必要的传感器、控制部件，在采集影响机房制冷全链路关键数据的基础上，运用大数据、智能算法建立相应的仿真模型，计算得出保障机房IT设备运行的安全环境温度以及制冷系统的最优运行参数组合，根据计算预测结果自动调整空调设备运行参数，从而实现机房空调能耗的动态智能管理。

机房空调能耗智能管理系统，分为数据采集层、数据管理层、动作执行层三个层面。数据采集层通过加装水系统流量、压力传感器、水泵震动传感器，结合机房温度、空调设备运行参数的监控，向数据管理层提供基础数据；数据管理层对数据进行提取、存储和清洗，通过深度学习算法对制冷系统上下游（包括但不限于冷水机组、水泵、水氟转换模块、行间空调、机房微模块环境温湿度等）相关因素的影响性进行分析建模，结合环境条件仿真计算制冷系统最优设置，并下发调优指令给动作执行层；动作执行层负责仿真系统计算结果的落地，执行数据管理层下发策略，调整制冷全链路上各部件的参数设置。

实施效果方面，空调能耗智能管理系统投入运行后可降低10%的空调设备用电功率。

图3 空调能耗智能管理系统AI算法逻辑

空调外机雾化节能

空调外机雾化节能，是指在不改变冷凝器散热面积及风量的前提下，通过增设自动喷雾降温辅助性冷却系统（包括智能监控系统、水处理系统、雾化系统），将单纯风冷改进为风冷与水雾冷却(蒸发冷却)相结合的方式，使冷凝器热量被冷却空气和雾化气体带走。

空调室外机雾化冷却节能技术列入了工信部2016年发布的《绿色数据中心先进使用技术目录（第一批）》，该技术的节能效果得到了行业协会的推荐。单个雾化电机额定用水14.7L/h，整体上能覆盖冷凝器散热量的20%，降低冷凝器所处环境温度3~15℃，从而降低了冷凝器进风侧温度，提高了冷凝器散热效率，改善了压缩机工况，达到了节约电能的效果。

实施效果方面，雾化节能系统在夏季降低空调设备运行功率12%以上，在春秋季降低空调设备运行功率7%以上。

图4 雾化系统整体架构图

其他节能技术的应用

机房专用湿膜加湿系统，采用蒸发冷却原理，通过风机强制对流，使空气通过含有水分的湿膜材料，增加机房湿度，具有能耗低、加湿量大的特点。而传统的直膨式风冷机房精密空调加湿一般采取电极或红外线加热使水蒸发。通过对空调实际运行数据进行量化能耗分析，引入湿膜加湿系统，整体节约了90%的机房加湿电能消耗。

压缩机变频技术，在直膨式机房精密空调的定频压缩机上加装变频器及节能控制模块，不仅能有效避免压缩机频繁启动，提升压缩机寿命，还能根据机房热负荷，在30%~100%的范围内动态调节压缩机冷量输出，降低压缩机能耗。

ADU（智能风机）气流组织优化技术，通过监测机柜局部区域热点，按需自动调节ADU送风量，增强气流，能够有效消除机房热点，并均衡机柜上下温度。

通过以上技术的综合运用，在确保机房运行安全、满足A级机房设计标准的前提下，结合业界最佳实践，银联信息总中心全年平均电源使用效率PUE值相比设计之初降低了33%，微模块高密度部署机房PUE摸高值已降低了41%，这对于一座已经运行17年的数据中心而言，已经达到了良好的运营效果。

银联信息总中心将持续跟踪业界新技术、新成果，推进数据中心的绿色转型，为节能技术的落地提供可供业界参考的方法、案例及实践，助力“双碳”战略，推动经济社会绿色转型。

（栏目编辑：郑岩）