摘要：綠色數據中心的理念，也令順利獲得上海市經濟和信息化委員會的用能指標批準優刻得青浦數據中心獲批上海新建用能指標，這些技術將繼續用于青浦數據中心的建設，發力新基建。該數據中心的設計指標達到。

?環保意識的提高，使數據中心的能耗日益成為關注點。近年來，UCloud探索實踐了多項節能減排技術，并在自建的烏蘭察布數據中心取得了良好效果，電能使用效率PUE維持在1.3左右。綠色數據中心的理念，也令UCloud順利獲得上海市經濟和信息化委員會的用能指標批準（UCloud 優刻得青浦數據中心獲批上海新建IDC用能指標），這些技術將繼續用于UCloud青浦數據中心的建設，發力新基建。

PUE概念簡介
電能使用效率（PUE）最早是2006年由微軟的數據中心專家Christian Belady提出，用于衡量能源利用率。從本世紀初起，國際上愈發重視數據中心的能耗問題，PUE已發展成為一個全世界普遍接受的數據中心能耗標準。數據中心的 PUE 值等于數據中心總能耗與 IT 設備能耗的比值，因此總是大于1。比值越小、越接近1，表示數據中心的能源利用率越高，越符合低碳、節能的標準。

《上海市互聯網數據中心建設導則（2019_版）》中，對PUE的計算做了嚴格而細致的規定。

國際國內進展

歐美國家在數據中心運營上起步更早，也從很早前就開始注重環保，探索出了風冷、水冷等多種自然冷卻手段，結合全新的配電設計和熱通道控制，將PUE維持在一個很優秀的水平上。
例如亞馬遜、谷歌、微軟都喜歡將數據中心建在愛爾蘭，除了稅收優惠和大西洋沿岸豐富的光纖資源之外，當地氣候寒冷，非常有利于自然風冷卻設計。微軟都柏林數據中心是微軟最節能的設計之一，能源和水的消耗大幅減少，曾被評為“歐洲最佳企業數據中心”，堪稱數據中心設計的里程碑。其PUE值為1.25，而行業平均值在2.0左右。此外，拋棄了傳統制冷系統后，每月還能節省1800公升水。

圖：微軟都柏林數據中心此后Facebook 數據中心（ PUE=1.15）、谷歌比利時數據中心（ PUE=1.16）相繼落成，成為全球最最節能的幾個數據中心之一，而雅虎紐約洛克波特數據中心，位于尼亞加拉大瀑布，建筑被專門設計為巨大的“雞窩”形狀用于空氣處理，PUE達到了近乎極限的1.08
在國內，政府相關部門也已開始規劃綠色數據中心的路線圖，按照《“十三五”國家信息化規劃》，到2018年，我國云計算和物聯網原始創新能力顯著增強，新建大型云計算數據中心PUE值不高于1.5；到2020年，形成具有國際競爭力的云計算和物聯網產業體系，新建大型云計算數據中心PUE值不高于1.4。

能耗分析
數據中心的能耗一般由IT設備能耗、UPS 轉化能耗、制冷系統能耗、照明系統能耗、新風系統能耗、弱電系統能耗等多部分組成。如果想降低PUE，就需要采取對應的措施，例如，采用轉換效率高的 UPS 系統、采用高效節能的綠色制冷系統、采用 LED 綠色節能光源等。

（圖片來自互聯網）由上圖可知，無效能耗中，占比最大的是制冷，因而對制冷系統的優化也是最具效益的。

方案調研
我們調研了各類制冷方式，包括：風冷直膨式空調、風冷式冷水系統、水冷式冷水系統、新風直接冷卻系統、間接蒸發冷卻系統和液冷機柜系統。
每種制冷方式都存在一定的特點和優劣勢，在能源效率、水資源利用效率、環境適應性、建筑條件適應性、高密支撐能力、供應鏈成熟度等方面各有千秋。設計制冷方案時需結合項目的特點和需求，因地制宜，多角度比選。

烏蘭察布地區低溫、缺水，所以我們的數據中心采用了帶自然冷卻功能的風冷式冷水系統，可以利用自然冷源減低數據中心的PUE，同時具備節約水資源的優勢，具有很高的環境和資源友好性。而上海地區氣象高溫、高濕，水資源相對豐富、土地資源緊張，為了達到理想的PUE，UCloud青浦數據中心采用了能源效率更高的水冷式冷水系統和間接蒸發冷卻系統，間接蒸發冷卻機組置于屋頂，為頂層機房模塊制冷，其余樓層采用水冷式冷水系統。該數據中心的設計PUE指標達到1.29。

建模和參數優化
設備選用后，我們運用多年數據中心運營積累下來的數據，建立了一個完整的能耗模型。并通過實時數據，測算節能的效果，并與預期做比對。發現的偏差用于參數的調整，并重新反饋給模型。經過多輪次的參數優化，終于達到了預期效果。

其它節能措施
建筑節能

建筑設計從方案設計到施工圖設計整個過程充分考慮建筑節能措施，外圍護結構的傳熱系數、各朝向的窗墻比以及外遮陽系數均滿足國家《公共建筑節能設計標準》的要求。主機房不設外窗，以保證室內良好的熱工性能。
給排水節能

各類水泵根據管網水力計算選擇和配置，保證水泵工作時高效率運行，設計工況時的效率符合《清水離心泵能效限定值及節能評價值》節能評價值要求。
冷源系統節能

冷源系統均采用符合《冷水機組能效限定值及能源效率等級》的高效能變頻離心機組，COP＝7.1，名義工況制冷性能系數COP＝6.4，制冷綜合部分負荷性能系數IPLV不低于6.0，冷源系統綜合性能系數SCOP不低于4.4，蒸發側溫度設置為17/23℃，冷凝側溫度設置為33/39℃，提高蒸發側對數平均溫差，降低冷機的壓比，從而提高冷水機組的電制冷效率。
全部冷源均接入BAS系統，全自動控制，可以根據負荷變化（回水溫度）而自動調節供冷量及運行頻率（變頻），進一步提高整體運行效能。
冷源系統配置板式換熱器，根據室外季節溫度變化，采用電制冷、部分自然冷卻、完全自然冷卻三種模式自動調節，最大限度利用自然冷源，減少化學能源消耗。

高壓直流供電技術

與傳統UPS系統相比，高壓直流系統將整流逆變環節減少了，不僅大大降低了損耗，工作效率顯著提高，而且減少了元器件的數量，能夠顯著降低設備成本。
熱回收技術

采用水源多聯機對機房余熱進行回收利用，在冬季為電池室和辦公空間供暖，可以有效降低采暖能耗；水源多聯機還可以在夏季為電池室和辦公空間制冷，提高了設備利用率。

實踐效果
系統運行后，我們首先將其應用在烏蘭察布數據中心，測算到PUE值為1.3，具備顯著的節能效果。由于在機房熱源中，散熱始終是占比很高的一項，所以在發電價高的一線城市，這個方案同樣擁有很高的吸引力。《上海市互聯網數據中心建設導則（2019_版）》中，規定本市新建數據中心當年PUE不應高于1.4，第二年PUE不應高于1.3，我們的技術積累也會有充分的用武之地。

小結
綠水青山就是金山銀山，UCloud在創造經濟效益時，也不忘社會使命感，秉承綠色環保理念，為國內的新基建添磚加瓦。UCloud自建的青浦數據中心，將以大數據的存儲、分析、應用為突破口，力爭覆蓋民生、政務、互聯網、電子商務等諸多領域。