從EER到AEER:數(shù)據(jù)中心的發(fā)展促進機房溫控系統(tǒng)標準的升級

文｜深圳市英維克科技有限公司 陳 川

不斷上升的運營費用已經(jīng)成為降低數(shù)據(jù)中心全生命周期成本的瓶頸，提高數(shù)據(jù)中心的能效以及增強管理水平是降低全生命周期運營成本的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)將更加注重采用低能耗、易管理的技術(shù)和方案。

IDG的數(shù)據(jù)顯示，在整個數(shù)據(jù)中心的運營過程中，溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的能耗占比已經(jīng)達到了40%（大型數(shù)據(jù)中心的溫控系統(tǒng)耗能約占37%，在小型機房及基站中，溫控系統(tǒng)耗能約占50%），被列為除服務(wù)器、交換設(shè)備等主設(shè)備之外最重要的節(jié)能降耗關(guān)鍵點。因此推動溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）能效評估標準以及檢測方式的升級是降低數(shù)據(jù)中心能耗以至整體運營成本的有效手段，同時也是引導制造廠家研發(fā)、生產(chǎn)新型溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）及解決方案制定的有力手段。

一直以來，數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的能效評估采用的是空調(diào)行業(yè)通用的方法：EER（Energy Efficiency Ratio）——空調(diào)機組的能效比。能效比EER測試數(shù)值確實能反映出機組的整體設(shè)計思路以及元器件匹配等技術(shù)水平，不斷地提高能效比EER的限值，一直是空調(diào)行業(yè)用以提升產(chǎn)業(yè)能效的有效方法。由于數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）已經(jīng)有40多年的發(fā)展歷史，市面常見的數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）已經(jīng)趨于同質(zhì)，各廠家機組的能效指標EER也達到一定的水平，因此為提高能效和追求更高的EER值，則需要采用一些高效且昂貴的部件，但這樣將不斷地提高溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的制造成本，無疑會使數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本大大提高。因此制冷行業(yè)的專業(yè)人士開始思考，單純提高EER值是否是提高溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）能效的最佳方式？是否能適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展趨勢？

越來越多的業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)意識到，采用能效比EER對數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的評估有一定的局限性，它只能反映機組在單一工況條件（夏季）運行的能效，對于舒適性空調(diào)等只在夏季工作的空調(diào)系統(tǒng)是非常適合的。但是數(shù)據(jù)中心是每天24小時、全年365天運行的，采用的數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）也是需要全年不間斷運行的；由于室外環(huán)境會有春、夏、秋、冬四季的變化，數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的能效應(yīng)該是不同的，而采用能效比EER來進行評估，則只能體現(xiàn)出制冷系統(tǒng)在單一季節(jié)（夏季）的能效，而無法體現(xiàn)出溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)），采用了適應(yīng)室外環(huán)境變化（其他三個季節(jié)），尤其是冬季低溫環(huán)境以及采用自然冷源技術(shù)的機組的實際能效， 因而也無法完全反映出機組全年運行的真實情況，已經(jīng)不能對數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)等）的發(fā)展起到指導作用。

開始執(zhí)行的國家標準《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》（GB 19413-2010）中，將采用全年能效比AEER（Annual Energy Efficiency Ratio）替代能效比EER對數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）進行限值。

在對原國家標準《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》（GB 19413-2003）進行修訂的過程中，專家們已經(jīng)深切注意到數(shù)據(jù)中心全年運行的特點以及溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的運行環(huán)境與舒適性空調(diào)以及中央空調(diào)有著顯著的區(qū)別：室內(nèi)熱負荷是相對恒定的，特別是當機房熱密度很高，室外溫度的變化對室內(nèi)負荷的影響越來越小，而室外環(huán)境溫度變化對全年運行能耗的影響能夠體現(xiàn)在機房設(shè)備本身的能耗變化和制冷量變化上。因此針對數(shù)據(jù)中心的運營特點，采用新概念——全年能效比AEER對數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的全年能效進行計算，將可以計算出數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的全年制冷能效。

全年能效比 AEER，就是將室外的環(huán)境按照一定的比例（10℃）設(shè)為間隔區(qū)間，增加測點，分別進行EER值的測定，按照溫度分布系數(shù)（來源全年溫度的小時數(shù)分布在溫度段中的百分比），用以確定每個測試工況點下能效比的權(quán)重，最后對每個區(qū)間測定的EER值進行加權(quán)計算，就得出了機組的全年能效比——AEER值。

由于地點的不同，溫度的分布系數(shù)相差很大，由此計算出機組的AEER值也會千差萬別，無法用于衡量機組的實際能效水平。因此為了能統(tǒng)一進行測試及評估，并能反映出機房空調(diào)在室外溫度較低情況下的節(jié)能性，希望能以某一地的溫度分布作為統(tǒng)一核算的基準，如圖1所示。

綜合考慮各地的溫度分布以及數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的運行、使用特點，《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》（GB 19413-2010）的編委最終確定以北京的氣象數(shù)據(jù)作為計算全年能效比AEER的溫度分布系數(shù)的依據(jù)，其余地區(qū)可參考實行。對水冷式機房空調(diào)的全年能效比，由于冷凝壓力的變化范圍較?。ㄟM水溫度和流量閥共同控制），不同工況下的能效比變化不大，就采用A工況的能效比作為全年的能效比。如表1所示。

1 機房空調(diào)的全年能效比（AEER）的計算

AEER；全年能效比。

EERa；在A 工況條件下能效比。

表1

Ta-Te；機房A-E工況溫度分布系數(shù)。

舉例說明AEER的計算過程：

例如，一臺機房空調(diào)測試的各工況點EER值，如表2所示。

表2

溫度分布系數(shù)，如表3所示。

表3

則本機房空調(diào)的全年能效比：

第2代320排螺旋CT機的球管旋轉(zhuǎn)時間為0.3 s，時間分辨率為0.275 s，同時聯(lián)合三維自適應(yīng)迭代劑量降低(adaptive iterative dose reduction-3D，AIDR-3D)、自動曝光控制等技術(shù)，在保證圖像質(zhì)量的情況下，輻射劑量也較第1代CT機明顯降低[6]。目前，尚無針對全肝CTPI在這方面的研究。此外，既往研究中不同CTPI設(shè)備、灌注模式的灌注參數(shù)差異較大[7-11]，影響病灶的動態(tài)隨訪。因此，本研究分析了兩代320排螺旋CT機全肝灌注成像中輻射劑量及灌注參數(shù)的差異。

AEER=2.51×7.2% + 3.12×28.1% +3.71×23.1% + 3.76×21.0% + 3.78×20.6%=3.48

一臺基站空調(diào)測試的各工況點EER值，如表4所示。

表4

基站空調(diào)在室外環(huán)境溫度較低時（低于0攝氏度），一般關(guān)閉制冷運行。因此，以Ta、Tb、Tc、Td四個工況點的EER作為計算AEER的依據(jù)。

則本基站空調(diào)的全年能效比：

AEER=（2.51×7.2% + 3.12×28.1%+ 3.71×23.1% +3.76×21.0%）/（7.2% +28.1% + 23.1%+21.0%）=3.41

2 機房空調(diào)的能效比限值

全年能效比AEER表達了數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的實際運行能源效率情況，更準確的表達了能耗狀況，并替代了原標準中按制冷量的分段，取消了不同的制冷量段對能效比有不同的限值，僅以不同的冷卻形式確定能效比的限值要求。機房空調(diào)的全年能效（AEER）比限值。

3 風冷式AEER限值

根據(jù)試驗測試，某機組在原標準工況下EER=2.5，如果不做改變，根據(jù)新國標核算出的AEER=2.9，而2010版的新國標已經(jīng)將風冷式機組的AEER限值制定到3.0，這樣有意地促使生產(chǎn)廠家進一步的提高技術(shù)水平。

圖1 全國省會城市溫度分布圖

4 水冷式AEER限值

不同于風冷式的計算方法，水冷式AEER等于A工況（名義工況）的EER，出于以下考慮：

A工況的EER代表了機組的能效水平。A工況EER和其他進水溫度下的EER是同步的，也就是說，A工況EER高，其他工況下也高；A工況低，其他工況下EER也低。在較低進水溫度下，沒有專門的技術(shù)或設(shè)施來提高能效。

相對于風冷機組，較高能效的水冷式機房空調(diào)設(shè)計上相對容易。水冷式機房空調(diào)的主要應(yīng)用矛盾在室外冷卻水系統(tǒng)。

5 采用全年能效比AEER評估的指導意義

從圖2可以看出，同樣是能效比EER為2.5的風冷溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)），在環(huán)境溫度20℃ （Ta, Tb）以上時，能效是看不出差別的。但當環(huán)境溫度降到20℃以下時，標準風冷系統(tǒng)的能效基本保持穩(wěn)定，但采用了自然冷源或者適應(yīng)低溫環(huán)境技術(shù)運行的節(jié)能技術(shù)后，其能效比與標準風冷機組的差距就會逐步拉大（甚至可以提高到50%以上），經(jīng)過加權(quán)計算全年能效比AEER可以比標準風冷機組高18.6%。

圖2

采用全年能效比AEER來評估數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)），可以開闊開發(fā)人員的視野，拓展機組的設(shè)計思路，挖掘出設(shè)計的潛能；可在機組成本增加不多的情況下，推動制造廠家研究提高低溫環(huán)境運行的能效以及開發(fā)出利用自然冷源的技術(shù)，將大大地推動數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）行業(yè)不斷進步和發(fā)展。

6 結(jié)束語

（1）數(shù)據(jù)中心的建設(shè)將更加關(guān)注系統(tǒng)運行的可靠性及能效提高的需求，促進了數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）的國家標準升級。

（2）全年能效比AEER的提出可以引導用戶關(guān)注數(shù)據(jù)中心以及溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）全年的能效水平，并可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，選擇更適合應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）產(chǎn)品。

（3）全年能效比AEER的運用可以引導生產(chǎn)廠家不僅僅注重提高機組在夏季（單一工況）的能效比EER，同時可以采取技術(shù)手段提高機組在其他三個季節(jié)（多工況）下運行時的能效比EER值，開拓了產(chǎn)品研發(fā)的設(shè)計思路，拓寬了新技術(shù)的應(yīng)用和空間。

（4）采用全年能效比AEER對數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）進行評估，可以推動數(shù)據(jù)中心更多地采用自然環(huán)境冷源。促使生產(chǎn)廠家研制新的技術(shù)來實現(xiàn)溫控系統(tǒng)（機房空調(diào)）可以在一年四季不同的溫度條件下，使機組運行都能夠達到最高能效。