綠色低碳數據中心建設正發力，降低PUE和WUE難題有何解？

　　原標題：綠色低碳數據中心建設正發力，降低PUE和WUE難題有何解？

　　作為算力的重要基礎設施，數據中心近年來發展迅速，其中，中大型和超大型數據中心的規模增長最快。工信部數據顯示，截至2021年底，全國在用超大型、大型數據中心已超過450個，智算中心超過20個。

　　截至2022年6月底，我國在用數據中心機架總規模超過590萬標準機架，服務器規模近2000萬台。

　　「算力是新型生產力，是支撐數字經濟蓬勃發展的重要‘底座’，是激活數據要素潛能、驅動經濟社會數字化轉型、推動數字政府建設的新引擎。」7月30日，工業和信息化部副部長張雲明在2022中國算力大會上指出。相關數據顯示，算力指數每提高1%，國家的數字經濟和GDP將分別增長3.5‰和1.8‰。

　　工信部數據顯示，2021年底我國算力核心產業規模達1.5萬億元，位居全球第二，近五年平均增速超過30%，帶動關聯產業規模超過8萬億元。

　　作為算力的重要基礎設施，數據中心近年來發展迅速，其中，中大型和超大型數據中心的規模增長最快。工信部數據顯示，截至2021年底，全國在用超大型、大型數據中心已超過450個，智算中心超過20個。

　　數據中心加快建設

　　8月2日，為加快推進四川省全國一體化算力網絡國家樞紐節點建設，四川省發展和改革委員會等六部門印發《全國一體化算力網絡成渝國家樞紐節點（四川）實施方案》（下稱《方案》）。

　　《方案》指出，到2025年，四川省數字經濟核心產業增加值將達到7000億元，數據中心規模將達50萬機架（摺合單機架功率2.5kW（千瓦）），上架率將達到60%。而集羣起步區內機架規模達到30萬架，上架率達到70%。

　　自「東數西算」工程今年2月啟動以來，京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地算力網絡國家樞紐節點施工加速。

　　7月29日，上海市經信委、上海市發改委發佈了《關於推進本市數據中心健康有序發展的實施意見》（下稱「意見」），明確到2025年，預期上海市數據中心總規模能力達到28萬標準機架左右，平均上架率提升至85%以上。

　　7月22日，貴州省人民政府辦公廳發佈《關於加快推進「東數西算」工程建設全國一體化算力網絡國家（貴州）樞紐節點的實施意見》，提出力爭到2025年，貴州全省數據中心標準機架達到80萬架、服務器達到400萬台。

　　根據中國信通院今年4月發佈的《數據中心白皮書2022》，按照標準機架2.5kW統計，截至2021年底，我國在用數據中心機架規模達到520萬架，近五年年均複合增速超過30%。其中，大型以上數據中心機架規模增長更為迅速，機架規模420萬架，佔比達到80%。

　　受新基建、數字化轉型等國家政策促進及企業降本增效需求的驅動，我國數據中心業務收入持續高速增長。2021年，我國數據中心行業市場收入達到1500億元左右，近三年年均複合增長率達到30.69%。

　　隨着我國各地區、各行業數字化轉型的深入推進，我國數據中心市場收入將保持增長態勢。2022年，預計中國數據中心市場收入超過1900億元。

　　綠色低碳是方向和要求

　　對於快速發展的數據中心而言，綠色集約是其重要前提和要求，關乎可持續發展。

　　2020年12月，國家發改委等四部門聯合推出《關於加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》就提出，到2025年，全國範圍內數據中心形成佈局合理、綠色集約的基礎設施一體化格局。同時提出，推動綠色數據中心建設，加快數據中心節能和綠色化改造。

　　數據中心是典型的耗能大户，去年10月底國家發改委等五部門發佈的《關於嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》（下稱《若干意見》）中，首次在國家層面將數據中心與傳統八大「兩高」行業並列納入重點推進節能降碳領域。數據中心正面臨嚴峻的節能降耗和温室氣體排放挑戰，如何實現綠色低碳高質量發展尤其值得關注。

　　衡量數據中心的綠色化，PUE（電能利用效率）、CUE（碳排放環保效率）、WUE（水利用效率）是目前使用的標準。

　　2021年12月發佈的《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》進一步明確，到2025年，國家樞紐節點的PUE要進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上。實現綠色低碳高質量發展，就要求數據中心必須進一步降低PUE。

　　「隨着單機櫃算力的不斷增長和PUE，WUE（水利用效率）要求的日漸嚴格，數據中心的冷卻技術也在不斷地升級迭代。」在近日舉辦的2022中國數據中心綠色能源大會期間，藝康集團納爾科大中華區輕工業部地區副總裁吳曉峰接受採訪時表示，間接蒸發冷和液冷（冷板式液冷、浸沒式液冷）技術是目前的主要應用方向。

　　比如，間接蒸發冷卻在國內許多地區都已經有了應用案例，北至烏蘭察布、張家口，南至廣東清遠、深圳，西至川西、貴州等地。

　　解決冷卻系統能耗難題

　　但是，新制冷技術的應用，也給數據中心帶來了新的難題。

　　吳曉峰表示，對於間接蒸發冷而言，挑戰在於其PUE、WUE高於理論值，運維難度大。具體來説，就是使用間接蒸發冷技術的數據中心，在使用一段時候后往往會發現，由於芯體表面的沉積與微生物，導致換熱效率下降明顯，進而導致設備被迫提前向高能耗模式切換，也就是説其低能耗模式（干模式）運營時間不足，用電、用水效率指標高於預期。

　　而且，間接蒸發冷單元芯體表面沉積物類型複雜且特殊，微生物分佈廣，且補水直接經過芯體表面，需保障無損芯體材質，因此使用傳統冷卻水藥劑無法解決。所以，后期運維難度及費用會超出預期。

　　因此，保證換熱效率和低能耗模式運營時長是間接蒸發冷卻技術降低數據中心能耗的關鍵。

　　對於液冷而言，由於其二次循環側更貼近服務器，安全風險更大。

　　具體而言，就是冷卻液、非導電液體與外側冷源構成了一個冷卻整體，實現了液冷系統卓越的用電效率指標以及用水效率指標。但由於換熱系統結構的特殊性，外側冷源一般為冷卻水，冷卻水的腐蝕、結垢、沉積與微生物的問題，會直接造成對服務器的損害而導致嚴重的宕機事故與資產損失。

　　比如，冷板擊穿的泄漏，會直接導致服務器損壞。腐蝕和微生物增長造成冷板內部堵塞，傳熱效率下降，宕機風險增加，影響服務器壽命。

　　吳曉峰介紹説，納爾科的數據中心液冷管理方案，能夠助力解決液冷數據中心安全性的痛點，在保障液冷數據中心節能降耗的同時，確保運營的安全性。

　　納爾科是藝康集團旗下專注於水處理和工藝改進的品牌，集團總部位於美國聖保羅，2020年市值約590億美元，連續多年入選道瓊斯北美可持續發展指數榜。1980年，納爾科進入中國開展業務，在上海擁有一所世界級研發中心。

　　納爾科的方案如何實現數據中心的節能降耗？

　　納爾科全新的間接蒸發冷管理方案中，在水的預處理方案方面，通過反滲透與軟化水方案，確保水質符合《數據中心蒸發冷卻水質標準》要求。在冷卻水管理方面，針對間接蒸發冷特殊沉積與微生物開發的新方案，可有效維持芯體換熱效率。我們也與各主流芯體廠商合作完成了芯體兼容性測試，確保設備使用壽命， 3D TRASARTM 自動化控制技術時刻保證可靠運行。在間接蒸發冷卻單元，通過補救性清洗方案，提升清潔效率效率。

　　同時通過回用水方案節約水資源，進一步降低WUE。藉助數字化工具，可視化的實時數據展示，助力提升運營效率。

　　以西部某大型數據中心為例，其現場共108台AHU（間接蒸發冷卻單元），使用納爾科冷卻水管理和AHU補償性清洗方案后，芯體換熱效率提高，AHU清洗頻率從每季度一次下降到每年一次。

　　通過提高芯體換熱效率，每年實現了四十萬千瓦時左右的能耗節省， PUE下降0.02 ，每年節省能耗成本約二十萬。通過降低間接蒸發冷單元清洗品頻率，每年節省540工時，每年節省人工成本三十五萬元左右。通過提高芯體換熱效率，節省電能消耗，全年減少二氧化碳排放四百多噸。

　　而在液冷技術中，冷板式液冷技術中冷卻液通過冷板帶走服務器的熱量，並在CDU（冷液分配裝置）中與外側循環的冷源進行熱交換；浸沒式液冷技術中，在CDU中與外側循環的冷源進行熱交換的是與服務器直接接觸的非導電液體。

　　因此，在選擇冷卻液與冷卻水處理方案時既需要考慮傳熱性能的長期穩定性和高效性等，也更需要考慮其與冷板、CDU的適配性以保證運營的安全性。

　　納爾科全新數據中心液冷管理方案中，通過從設計，製造到運輸，安裝，維護的全生命周期管理，保障數據中心的安全性，避免因冷卻液泄露導致的服務器損壞，以及傳熱效率下降而引發的宕機風險。

　　「納爾科的解決方案已被世界知名的處理器公司以及ASHRAE（美國暖通空調工程師協會）在白皮書中進行推薦，並在國內外數據中心有了成熟的應用。」吳曉峰説。

責任編輯：王蒙