哈爾濱數據中心節能降碳
案例概述
哈爾濱數據中心位于哈爾濱市哈南工業新城核心區，規劃總占地面積86.3萬平方米，總建筑面積約59.6萬平方米，總能力超過10萬個機架，為5G、云計算、大數據、工業互聯網、人工智能發展提供基礎資源支撐。哈爾濱數據中心是區域數字經濟發展的重要支點，發揮數據中心作為新基建的產業牽引作用，帶動區域內硬件制造、軟件開發、技術研發、信息服務等數字經濟重點產業發展。是黑龍江省著力打造的“中國北方大數據中心”重要基地，是黑龍江省唯一一家同時入選工信部《國家綠色數據中心名單》和《國家新型數據中心典型案例名單》“雙名單”的數據中心。
哈爾濱數據中心在規劃設計、項目建設、運行維護各個環節，引入綠色建筑、自然冷源、新型空調末端、余熱回收、能耗管理、智能運維等多種數字化節能降碳技術，有效實現PUE不斷降低，2021年PUE值降低至1.349。2020年6月，工信部對哈爾濱數據中心開展能效監察工作，哈爾濱數據中心被評定為國家一級節能單位。
來源：中國移動通信集團黑龍江有限公司
應用場景
場景：數據中心節能降碳
水側自然冷卻技術應用。黑龍江省氣候寒冷，低溫時間長，全年平均氣溫低于16℃時間約6個月。可以充分利用冷凍水自然冷卻技術，通過冷卻塔+板換在冬季的時候換熱供應冷凍水。當室外濕球溫度低于16℃時，冷水機組可部分停止運行，當室外濕球溫度低于10℃時，冷水機組可完全停止運行，室外冷卻塔作為冷源，通過板換換熱直接供給末端空調使用，用自然冷卻技術降低運行成本，相對于不采用自然冷卻系統，整年節能50%以上。
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水側自然冷卻技術原理圖 | |
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冷水機組實拍圖 | 分集水器實拍圖 |
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冷卻塔實拍圖 | 蓄冷罐實拍圖 |
高溫冷凍水系統應用。空調系統冷凍水供回水溫度采用15/21℃，由于IT設備主要發熱是顯熱，提高冷凍水溫可以減少不必要的除濕負荷，提高空調主機的能效，可以減少冷凍水輸送能耗，相對傳統水溫的空調系統，節省空調能耗約15%，節能效果顯著；同時增加了自然冷源的利用時間。
新型空調末端應用。采用行間級的冷水列間空調，二層全部采用了機架級的重力熱管背板空調，空調制冷更貼近IT機柜的熱源核心，就近制冷，冷量按需分配，避免了局部熱點，制冷效率更高；不占用機位節省機房空間的同時，冷凍水不進機房，進一步消除了漏水到下層機房的安全隱患。
熱通道封閉應用。采用了“面對面、背對背”冷熱通道的機柜布置方式，冷熱通道的氣流互相分隔，得到有效管理，避免了氣流短路，提高了機房系統的制冷效率，溫度場分布均勻；封閉熱通道后，熱池大大減小，空調回風溫度達到35℃以上，使空調末端的能效比得到進一步提高，更加節能。
機房余熱回收技術應用。項目配套建設了集中余熱回收系統，規劃為整個園區辦公區域提供冬季采暖熱源，全部采暖熱源由機房設備產生余熱供給。通過采用水源熱泵機組，與空調系統的冷凍水回水進行熱交換，為園區輔助用房提供采暖和生活熱水，充分利用系統余熱，提高能源綜合利用率。僅一期余熱回收系統就實現了辦公區域總建筑面積44336.12㎡的供暖，節省了巨額的冬季采暖費用，等效節約電量321萬度。哈爾濱數據中心也在探索與供暖商合作模式，余熱回收在滿足園區內需求基礎上，進一步擴大應用范圍，為全社會碳減排做出貢獻。
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余熱回收技術原理圖 | |
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數據中心機房區實拍圖 | 數據中心辦公區實拍圖 |
高壓直流技術應用。高壓直流供電（HVDC）具有系統功率較高、系統穩定性高、可維護性高、結構熟識度高的特點。采用高頻軟開關技術的HVDC可高達96%以上效率，比采用晶閘管或IGBT的傳統UPS效率更高，體積更小。節能休眠技術可以大大提升輕載下的系統效率，減少機房初期的運行能耗。
應用智能小母線取代傳統列頭柜。目前低壓配電部分的密集型母線應用已經全面開展，對于高功耗、大電流、遠距離輸出已經成為成熟技術。經過多年使用驗證，集成性母線是未來的發展趨勢。小母線具有快速部署、現場清晰、維護點明確、客戶感知度好、更加綠色、環保、節能、具有智能配電監測系統的特點。
采用市電+UPS混供技術，電信設備由兩路電源供電，兩路電源從低壓供電系統不同的母線段上引接，互為備用。當市電源滿足要求時由市電供電，當市電源故障或電源質量不滿足要求時，系統自動由不間斷電源系統為負載供電，降低電源系統損耗。市電供電回路直達用電設備，無其他供電環節，系統更節能，有利于降低PUE。目前本項目采用市電主用、不間斷電源系統備用技術。項目年綜合能源消耗量（tce）比采用2N UPS電源供電方式減少880tce。
采用3D模擬仿真技術，實現資源圖形化和可視化，對機房、機架、設備上下架等進行3D模擬仿真，保證界面與數據庫信息的一致。實現對機房容量、負荷能力的形象化、精細化展現。點擊架構中的設備可跳轉至設備的具體位置。通過CFD仿真及溫度云圖展示，指導優化機房氣流組織，確保運行安全并提升機房溫度，可有效地達到節能效果，降低機房制冷能耗。
智能能耗管理系統應用。以B03機樓的制冷系統為試點，建設能耗管控系統，搭建分布式邊緣數據采集體系對動環、末端空調及冷水機組進行分鐘級粒度的數據采集，構建機房熱力學近似模型及反饋修正模型，輸出智能化調控策略，通過邊緣算力實現對邊緣設備的控制，現對空調末端、制冷設備的自動節能控制。目前該機樓PUE運行值降低至1.3。
智能運維系統應用。哈爾濱數據中心立足打造超大數據中心智能運維系統標桿，在綠色節能、智能運維等能力進行技術探索，形成自主的知識產權，推動數據中心的戰略轉型，促進數據中心的全面發展。2021年哈爾濱數據中心作為牽頭單位，聯合地方高校、互聯網頭部企業等產學研合作伙伴，以《基于物聯網的大數據中心智能運維管理系統》為研究課題，成功申報黑龍江省2021年度百千萬工程重大專項。重大專項融合物聯網、人工智能、大數據、5G、AR/VR等技術，推動智能運維系統向智能可視、安全可靠、高效節能、人機協同演進，實現數據中心智能化運維水平全面升級。
清潔能源應用。哈爾濱數據中心深入貫徹落實國家“雙碳”戰略，布局綠色能源試點項目。2022年初，哈爾濱數據中心啟動數據中心園區光伏發電項目，充分利用數據中心場地資源，采用“自發自用”方式，利用分布式光伏發電用于辦公區部分用電需求。項目投產后，將成為省內首例光伏發電數據中心園區，充分踐行綠色低碳發展理念。項目在辦公區的辦公及生活樓宇安裝光伏設備。充分利用數據中心的屋頂及空余停車場資源，最大限度利用建筑受光面。目前，辦公及生活區年用電量為259萬度，光伏建成投產后預計可節約30%的辦公及生活用電。
案例總結
綜合運用多種節能技術大幅提升數據中心電能利用效率。數據中心采用了自然冷源、新型空調末端、能耗管控系統等數字化節能技術。自然冷源充分利用高寒地區全年近6個月自然冷源資源，年節約用電量584萬度，節電約54%。相較使用傳統空調，新型空調末端節能率約為6.3%，年節約電量695萬度。能耗管控系統以B03機樓的制冷系統為試點，將用電量由2020年6380萬度降低至20221年6121萬度，年節約用電量259萬度。
創新余熱回收技術為社會節能減排提供新思路。哈爾濱數據中心一期3棟機樓余熱回收，實現占地面積11萬平方米的供暖，并同時為辦公區提供24小時生活熱水，等效節約電量321萬度。數據中心正探索與供暖商合作，在滿足園區內需求基礎上，進一步擴大應用范圍，為社會碳減排做出貢獻。
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