中國銀聯信息總中心丁波：科技賦能綠色低碳數據中心轉型實踐

中國銀聯信息總中心生產機房于2003年設計、2004年初建成投產使用，按照當時國標A級機房標準，部署國家金融系統關鍵基礎設施。投產使用之初，滿足了銀聯核心生產系統的部署需求，為各銀行機構提供轉接清算等服務。

隨著新一代信息技術的快速發展，數據資源存儲、計算和應用需求大幅提升，國家“十四五”規劃對新型基礎設施建設提出了現代化、數字化、綠色化的方針指引。低效、高能耗傳統數據中心向高算力、高能效、高安全的新型數據中心轉型已成為必然趨勢。

隨著云計算系統部署規模的逐步擴大，近年來，中國銀聯信息總中心在機房運營過程中圍繞“綠色、節能、低碳”的總體方針，跟蹤并采用了微模塊部署、自然冷卻集中式制冷系統、空調能耗智能管理系統、空調外機霧化節能、濕膜加濕系統、壓縮機變頻、ADU氣流組織優化等數據中心節能技術，有序推進數據中心的綠色轉型。

 中國銀聯信息總中心

高級總監 丁波

 中國銀聯信息總中心 

鄭翔陽

微模塊部署

將傳統機房逐步改造成微模塊高密度機房，通過微模塊冷熱通道隔離，實現氣流組織優化及IT設備高密度部署。相比傳統機房，微模塊高密度機房具有兩個主要特點。

一是部署機柜功率密度高，單機柜可達5KW。傳統機房單機柜規劃功率密度在1.5KW，而微模塊機房普遍高于傳統機房，在3.0~5.0KW。二是冷熱通道隔離，優化氣流組織。冷通道與熱通道隔離后，能夠有效防止冷空氣未經機柜直接與熱空氣交匯（即“冷量短路”），在微模塊中內置水平送風空調單元，可以實現送風路程最短、冷量損失最小。

在模塊化IT設備高密度部署的基礎上，結合CFD氣流組織仿真技術，仿真展現機房內所有區域的溫度、風速等數據，可以迅速、直觀地發現機房局部熱點，消除冷量短路，減少制冷用電量，進一步提升制冷效率。

圖1 微模塊結構

集中式制冷

據公開資料，中國數據中心能耗約占全國能源耗電總量的5%，其中制冷系統能耗占數據中心總能耗的40%以上。在采用微模塊高密度部署技術的同時，為提升機房空調系統的制冷效率，我們對機房直膨式風冷精密空調、大型冷凍水空調等多種制冷系統進行了考察比較。

直膨式風冷精密空調單臺最高制冷量為100KW，且制冷能效比COP值一般在2.5~3.2之間（COP為制冷能效比，相同制冷量情況下，COP值越大，消耗的電能越少）。相對于傳統機房直膨式風冷精密空調，大型冷凍水機組的COP值普遍高于3.5，在后端熱負荷達到一定程度的情況下，集中式制冷技術可以有效節約備份冷量，提高制冷利用效率，有利于實現IT設備高密度部署。

冷水機組系統采用自然冷卻技術，在冬季及春秋季的部分時段，能夠合理利用室外自然冷源，進一步降低數據中心平均PUE值。在傳感器監測到室外環境溫度低于管道內回水溫度時，能夠將機房冷卻回水先導流至內置的高效板式換熱器中，與室外的自然冷源進行熱量交換，實現預冷，利用室外自然冷源降低壓縮機功率，達到局部免費制冷的效果。集中式冷凍水制冷系統能效比COP值達到3.5以上，即消耗1KW的電能產生3.5KW以上的制冷量。

實施效果方面，同等條件下相比直膨式風冷精密，冷水機組節約不低于10%左右的電能消耗。

圖2 冷水機組系統原理

空調能耗智能管理

機房空調能耗智能管理系統，是指通過對空調系統加裝必要的傳感器、控制部件，在采集影響機房制冷全鏈路關鍵數據的基礎上，運用大數據、智能算法建立相應的仿真模型，計算得出保障機房IT設備運行的安全環境溫度以及制冷系統的最優運行參數組合，根據計算預測結果自動調整空調設備運行參數，從而實現機房空調能耗的動態智能管理。

機房空調能耗智能管理系統，分為數據采集層、數據管理層、動作執行層三個層面。數據采集層通過加裝水系統流量、壓力傳感器、水泵震動傳感器，結合機房溫度、空調設備運行參數的監控，向數據管理層提供基礎數據；數據管理層對數據進行提取、存儲和清洗，通過深度學習算法對制冷系統上下游（包括但不限于冷水機組、水泵、水氟轉換模塊、行間空調、機房微模塊環境溫濕度等）相關因素的影響性進行分析建模，結合環境條件仿真計算制冷系統最優設置，并下發調優指令給動作執行層；動作執行層負責仿真系統計算結果的落地，執行數據管理層下發策略，調整制冷全鏈路上各部件的參數設置。

實施效果方面，空調能耗智能管理系統投入運行后可降低10%的空調設備用電功率。

圖3 空調能耗智能管理系統AI算法邏輯

空調外機霧化節能

空調外機霧化節能，是指在不改變冷凝器散熱面積及風量的前提下，通過增設自動噴霧降溫輔助性冷卻系統（包括智能監控系統、水處理系統、霧化系統），將單純風冷改進為風冷與水霧冷卻(蒸發冷卻)相結合的方式，使冷凝器熱量被冷卻空氣和霧化氣體帶走。

空調室外機霧化冷卻節能技術列入了工信部2016年發布的《綠色數據中心先進使用技術目錄（第一批）》，該技術的節能效果得到了行業協會的推薦。單個霧化電機額定用水14.7L/h，整體上能覆蓋冷凝器散熱量的20%，降低冷凝器所處環境溫度3~15℃，從而降低了冷凝器進風側溫度，提高了冷凝器散熱效率，改善了壓縮機工況，達到了節約電能的效果。

實施效果方面，霧化節能系統在夏季降低空調設備運行功率12%以上，在春秋季降低空調設備運行功率7%以上。

圖4 霧化系統整體架構圖

其他節能技術的應用

機房專用濕膜加濕系統，采用蒸發冷卻原理，通過風機強制對流，使空氣通過含有水分的濕膜材料，增加機房濕度，具有能耗低、加濕量大的特點。而傳統的直膨式風冷機房精密空調加濕一般采取電極或紅外線加熱使水蒸發。通過對空調實際運行數據進行量化能耗分析，引入濕膜加濕系統，整體節約了90%的機房加濕電能消耗。

壓縮機變頻技術，在直膨式機房精密空調的定頻壓縮機上加裝變頻器及節能控制模塊，不僅能有效避免壓縮機頻繁啟動，提升壓縮機壽命，還能根據機房熱負荷，在30%~100%的范圍內動態調節壓縮機冷量輸出，降低壓縮機能耗。

ADU（智能風機）氣流組織優化技術，通過監測機柜局部區域熱點，按需自動調節ADU送風量，增強氣流，能夠有效消除機房熱點，并均衡機柜上下溫度。

通過以上技術的綜合運用，在確保機房運行安全、滿足A級機房設計標準的前提下，結合業界最佳實踐，銀聯信息總中心全年平均電源使用效率PUE值相比設計之初降低了33%，微模塊高密度部署機房PUE摸高值已降低了41%，這對于一座已經運行17年的數據中心而言，已經達到了良好的運營效果。

銀聯信息總中心將持續跟蹤業界新技術、新成果，推進數據中心的綠色轉型，為節能技術的落地提供可供業界參考的方法、案例及實踐，助力“雙碳”戰略，推動經濟社會綠色轉型。