新一代制造業數據中心基礎設施

綠色節能解決方案綠色數據中心發展趨勢1華為數據中心節能解決方案案例23匯報提綱哥本哈根大會的目標歐盟日本俄羅斯中國20%2020

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1990全球30%25%25%哥本哈根大會被喻為“拯救人類的最后一次機會”的會議，節能減排已經成為社會責任能耗帶來的危機珠峰登頂大本營5320m->5280m2℃，意味著“危險”節能減排是社會責任45%中國2020VS2005，單位GDP下降NREL對綠色數據中心的定義建設綠色數據中心已達成共識，節能技術將不斷演進，廣泛應用傳統數據中心的能耗分布節能成為共識，數據中心的節能減排壓力大POWERsystemCOOLINGsystem基礎設施IT制冷占機房能耗45%供電占機房能耗25%PUE=3.3數據中心PUE的趨勢2.01.41.1StandardGoodBatter來源:theNationalRenewableEnergyLaboratory(NREL),theU.S.DepartmentofEnery《關于數據中心建設布局的指導意見》工信部聯通〔2013〕13號:新建大型云數據中心PUE1.5以下，改造數據中心PUE2.0，電力設施建設、電力供應及服務等方面政府給予重點支持。PUE3.3意味著只有30%的電力用于生產。PUE:2008年2.1->2018年1.4基礎設施技術發展圍繞節能展開生產力成熟期復蘇期幻覺破滅谷底期過熱期技術萌芽期華為技術準備情況數據來源：Gartner2012規模應用在研已上市DCIM，主流期2-5年自然冷卻，主流期2-5年機柜級制冷，主流期2-5年風側間接自然冷卻，主流期5-10年密閉冷熱通道，主流期2年內高效UPS，主流期2年內行級制冷，主流期2-5年內CFD分析，主流期2-5年模塊一體化機房，主流期2-5年業內創新標桿-互聯網企業在實踐Facebook俄勒岡州數據中心：免費冷卻、提高機房環境溫度、雙層的通風結構市電直供+48V直流備電、獨特的電池架和機架設計、提高供電電壓PUE1.07Yahoo雞窩數據中心：免費冷卻、密閉熱通道、水冷空調（1年只用9天）、雙側通風的建筑設計飛輪UPSPUE1.08百度數據中心建設策略：無架空地板，服務器整機柜交付供電密度8.8KW，最高20KW市電直供，ECO及HVDCoffline少量使用風側FC和水冷背

板技術服務器高溫運行騰訊數據中心建設策略：2N高壓直流，或高壓直流+市電直供EC風機行級空調，高溫冷凍水空調（12℃/17℃）功率密度6~8KW/柜52U機柜綠色數據中心發展趨勢1華為數據中心節能解決方案案例23匯報提綱多手段達成低碳綠色數據中心基礎設施整合多種技術實現最低的PUE（可復制、規模應用的技術手段）>2.121.81.61.4高頻模塊化UPS或高壓直流通道封閉，盲板，節能照明，集中加濕等高負載率運行(模塊化設計)，提高機柜進風溫度，能源管理冷凍水行級空調/熱管背板，變頻水泵，間接自然冷直通風傳統機房1.25PUE綠色機房PUE2.1->1.5：節能約30%增加40%機柜出租核心：高效UPS或高壓直流、行間制冷、冷凍水系統＋高熱制冷＋變頻技術＋智能控制風帽上送風普通地板下送風精確下送風CFD仿真分析：優選最佳設計方案供電制冷管理通過采用CFD軟件對數據中心空氣流場進行仿真分析，數據中心內所有的熱點問題都被解決，氣流路徑變得清晰，冷熱氣流無混合，提升了冷氣流的利用效率，從而節省了制冷系統的能耗。制冷末端選擇：精確送風，近端制冷（提升冷量利用效率20%）功耗<5KW/機柜密閉冷熱通道冷熱氣流隔絕，減少冷量損失送風通道控制，溫度場更均勻提升空調回風溫度，空調能效高冷量資源池化，滿足動態制冷精確送風機柜制冷效率高IT負荷同制冷動態匹配工廠預制度高，方便部署機柜送風溫度場均勻，運行可靠行級制冷對負載變化反應靈敏送、回風損失小較高的送風溫度，顯熱比高，除濕、加濕需求小精確下送風密封通道行間空調熱管背板機柜級制冷被動冷卻，不增加電能消耗熱管干盤管技術冷凍水不進機房且無冷凝水產生不同功率密度機柜的混放部署功耗5-7KW/機柜功耗>5KW/機柜功耗>10KW/機柜供電制冷管理冷源選擇：液冷空調，共享冷水機組（提升制冷效率30％）采用水冷(冷凍水)行級空調/熱管背板提高冷凍水溫度和送風溫度合理使用自然冷卻制冷效率更高，節省制冷系統能耗30%多個室內機共享室外機散熱模式，提升室外機系統負載率冷凍水出水溫度由7℃提高至12℃，則機組能效提高15~20%在寒冷地區采用自然冷卻技術，進一步節省機房制冷系統運行成本供電制冷管理大型IDC建設已普遍采用水冷為主要制冷方式，結合自然冷卻大幅降低能耗，PUE1.5以下冷源選擇：風側間接自然冷卻采用轉輪空調制冷高效率制冷送風配置合理使用自然冷卻轉輪換熱器換熱，無壓縮機工作，效率高避免室外空氣進入機房，室內室外雙循環，對環境要求低采用變頻風機，自動調整轉速，節省制冷系統能耗至少10%利用自然冷源的溫度范圍寬，33℃以下即可利用自然冷源，17℃以下可完全利用自然冷源供電制冷管理高環境適應性利用自然冷源，PUE1.3以下冷源選擇：風側直接自然冷卻直接引入外界冷空氣合理使用自然冷卻限制條件制冷效率最高，節省制冷系統能耗80%EER可達25環境溫度18℃以下可直接利用自然冷源18~25℃部分利用自然冷源空氣質量不應低于G1水平建筑物層高一般6米以上年平均溫度應低于20℃注：G1水平即銅和銀反應率不能超過300埃/月。埃是公制長度單位，1埃等于0.1納米，即10的負10次方。供電制冷管理創新性直接利用自然冷源，PUE1.20以下制冷工況改善：提升設備工作溫度全球能源支出數據中心溫度5℃21.6億美元全球數據中心能耗8%節省能源24.3BkWh節省碳排放170萬噸ASHRAE2008定義的設備進風溫度為18℃～27℃比ASHRAE2004定義的20℃～25℃寬了4℃，同時也放寬了對濕度的要求。18℃～27℃30℃～39℃供電制冷管理提高送風溫度是節能大環境下的趨勢，簡單高效制冷工況改善：機房環境溫度23℃提高至27℃，能效的變化1.風冷型房間級制冷精密空調（包括上送風和下送風），機房溫度從23℃提高至27℃（即精密空調回風

溫度），能效比提高約10％；但必須負載率均勻，或采用精確送風，否則提高機房溫度會造成局部熱點。2.風冷型精密空調回風溫度23℃時，蒸發出風溫度在13～15℃，在相對濕度RH50％時，顯冷比約90％。

如果回風溫度提高至27℃時，蒸發出風溫度約提高2.5℃左右，顯冷比提高約2％。對于冷凍水型精密空調在27℃回風，可提高冷凍水進水溫度最高至15℃，顯冷比提高可達3％左右。3.加濕功耗降低：2％加濕量降低等同于8％（＝2%*能效比*加濕溫度汽化熱/加濕效率*除濕溫度氣化熱）

的能效提高；3％加濕量降低等同于12％的能效提高；合計空調制冷節能：風冷型20％（＝10％＋2％＋8％）；冷凍水型25％（＝10％＋3％＋12％）。4.行間空調密封冷通道設置的是空調出風溫度，空調出風溫度在23℃時冷凝水產生已很少。如果不考慮機房環境，空調出風溫度從23℃提高至27℃，能效比提高約10％，即空調節能10％。供電制冷管理23℃提高至27℃的價值：精密空調能效比提高，顯冷比提高，以及加濕功耗降低供配電節能措施應用，進一步降低PUE供電制冷管理供電占機房能耗10~15%，PLF=0.1~0.13234561低損耗變壓器：效率提高1%～2%，達到99%10KV進樓層：減少線損，節能3%~5%高效不間斷電源：效率提高3~7%，達到95%以上智能照明：智能控制，LED燈源提高負載率：負載率達到50%以上供電占機房能耗15~25%，PLF=0.15~0.8減少供電層級：減少配電損耗，節能2%~3%優化前優化后高效供電產品選擇：選用高效率模塊化UPS項目400KVA傳統UPS（工頻機）400KVA高效UPS（高頻機）整流技術12脈沖(可控硅)整流

6脈沖(可控硅)整流+濾波PFC+IGBT整流輸入功率因素0.85-0.90.95-1輸入電流諧波<10%<5%輸出功率因素0.80.9整機效率90%96%帶IT負荷能力最大320KW360KW滿載時輸入電流609A595A同等供電容量下帶載能力折算11.20同等IT功耗下，高頻UPS的容量（數量）比工頻UPS少12.5%；同等市電容量下，高頻UPS比工頻UPS多支持20%

IT或多產出20%機柜。供電制冷管理高效供電產品選擇：選用高壓直流電源AC/DCHVDC低壓配電柜380VAC變壓器高壓直流IT機柜直流配電柜240VDC列頭柜AC/DCHVDC低壓配電柜380VAC變壓器高壓直流直流配電柜240VDC列頭柜高壓直流供電高壓直流減少了變換環節高效率，可達≥95％運行成本低系統簡單，故障點少直流并聯，可靠性高電池直掛，雙重保護模塊化設計，維護時間短系統簡單，設備便宜冗余要求低可擴容性好，節約初期投資冗余設計容量小，N+X模塊備分可擴展性好，擴展簡單高可靠高能效低投資柔性供電制冷管理優勢:使用壽命長，且性能/效率不隨時間下降無限次數的充電-放電,充電速度快可靠性高，存儲能量可以準確預測

效率高達98%，節約大量電費維護簡單無毒無害，環保技術適用范圍：適用于集裝箱式IDC、不間斷制冷風險點：X必須與油機配套使用X油機必須在15秒啟動并供電到UPS

高效供電產品選擇：考慮飛輪儲能UPS供電制冷管理供電制冷管理供電架構在演變：冗余度越來越少UPSUPS服務器雙電源冗余UPSUPS服務器UPS服務器服務器分布式冗余市電主供和高壓直流電源同時給服務器供電節省高壓直流電源投資50%供電效率提升5%高壓直流高壓直流服務器雙電源冗余AC/DC高壓直流服務器電池B路市電A路市電220V交流240V或336V直流雙電源冗余:負載率50%，分布式冗余負載率66%節省UPS投資25%，可用性不變。供電效率提升2~3%供電方案優化：提高電源的利用率,節省投資，提高能效3D可視化運維管理平臺，助力數據中心智能運維管理自動告警靈活的告警通知方式定制化報表/查詢/視圖L1L2層聯動管理及告警郵件短信Web容量管理制冷、配電、空間容量可視化呈現綜合分析業務和設備，為遷移提供建議能源管理實時監測PUE值實時監測能耗3D可視化管理熱場管理3D實景視圖展現,圖形化管理,可視化告警多數據中心管理3D溫度云圖,可視化展現機房環境溫度云場實時監控門禁、視頻和照明聯動消防報警和視頻聯動機房弱電告警和視頻聯動視頻系統照射系統門禁系統智能化管理系統，加強能源管理

供電制冷管理PUE動態智能顯示，優化運維，高效節能

提供分域計算、階

梯電價電量計費通過網絡能源、服務

器、業務應用聯動控

制，整體節能3-10%；能耗分布情況監測能源使用報告配電能力及負載預警PUE值計算、趨勢預測實時監測統計分析優化改善供電制冷管理分模塊檢測PUE，更清楚能耗流向

供電制冷管理其中：單個機房輸入總能耗（KWH）=單個機房對應UPS能耗分攤+機房精密空調用電能耗+機房照明用電能耗+機房冷源系統能耗分攤。△Q=Q2-Q1=C*q*(t2-t1)節能技術選型建議及PUE預測

傳統數據中心

=冷熱通道布局+房間級制冷+風冷+50%負載率高效率UPS

/高壓直流=冷熱通道布局+房間級制冷+風冷+50%負載率+高頻機2.52.41.25基于常規、可復制的技術手段，不考慮非常規、定制化手段（如無UPS、直通風等）冷凍水空調

=冷熱通道布局+房間級制冷+高深地板+高頻機+50%負載率

+冷凍水1.9精確送風=冷熱通道布局+房間級制冷+冷凍水+高深地板+精確送風+70%負載率（有效提升數據中心運行負載率）

1.7行間空調=冷熱通道布局+冷凍水+高頻機+50%負載率+EC風機空調

(>3KW/機柜功耗)

1.5模塊化高密設計=冷熱通道布局+冷凍水+高頻機+行間制冷(>7KW/機柜功耗)

+70%負載率（有效提升數據中心運行負載率）

1.4自然冷卻=冷熱通道布局+行間制冷(>7KW/機柜功耗)+冷凍水+高頻機+70%負載率