T-CIE 105-2022 数据中心基础设施节能技术改造指南

数据中心基础设施节能技术改造指南2021-07-22发布2021-09-01实施I前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14节能技术改造的基本程序 15资料收集与分析 25.1资料收集 25.2资料分析 25.3资料补充 2建筑与建筑热工系统建筑与建筑热工系统节能技术改造方案节能技术改造实施(资料性)数据中心基础设施节能技术改造方案编制参考(资料性)节能诊断报告案例本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电子学会提出。本文件由中国电子学会绿色数据中心与绿色制造标准化技术委员会归口。本文件起草单位：国瑞沃德(北京)低碳经济技术中心、中国电子学会、上海市能效中心、中国建筑标准设计研究院有限公司、世纪互联数据中心有限责任公司、中国信息通信研究院、中国质量认证中心南京分中心、联通数字科技有限公司、中国电子工程设计院有限公司、广州赛宝认证中心服务有限公司、中国海关科学技术研究中心、北京中认检测技术服务有限公司、深圳华测国际认证有限公司。本文件主要起草人：王健夫、蒋习梅、郭丰、张磊、秦宏波、王娟、唐戈、赵春晓、刘丰、张浩、焦镇熊、侯震寰、陈瑜、吴美希、许远超、李楠、李淑祎、谭盛钰、李淼、张晶媛、郭淼、张玲、陈春艳、刘扬、雍德隆、林武。《工业和信息化部国家机关事务管理局国家能源局关于加强绿色数据中心建设的指导意见》(工信部联节〔2019〕24号)明确提出“有序推动数据中心开展节能与绿色化改造工程，特别是能源资源利用效率较低的在用老旧数据中心。加强在设备布局、制冷架构、外围护结构(密封、遮阳、保温等)、供配电方式、单机柜功率密度以及各系统的智能运行策略等方面的技术改造和优化升级。鼓励对改造工程进行绿色测评”。为向数据中心基础设施节能技术改造提供指南，以提高节能技术改造效果，国瑞沃德(北京)低碳经济技术中心会同中国电子学会在前期相关节能诊断及节能技术改造工作经验基础上组织相关单位制定了本文件。1数据中心基础设施节能技术改造指南1范围本文件提供了数据中心基础设施节能技术改造的基本程序及关注要点，包括资料收集与分析、节能诊断、节能技术改造方案、节能技术改造实施、验收等环节。本文件适用于指导对既有数据中心基础设施开展节能技术改造工作。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB50174数据中心设计规范3术语和定义对经过节能评估后不符合数据中心基础设施节能标准的既有建筑与建筑热工系统、通风与空气调通过对既有数据中心现场调查、检测以及对能源消费账单和设备历史运行记录的统计分析，并结合数据中心节能设计、运行维护经验等数据，找到其能源浪费的环节，为节能技术改造提供依据的过4节能技术改造的基本程序数据中心基础设施节能技术改造包括资料收集与分析、节能诊断、节能技术改造方案、节能技术改造实施、综合改造验收几个环节，具体基本程序如图1所示。2综合改造存在问题图1数据中心节能技术改造的基本程序5资料收集与分析5.1资料收集数据中心基础设施节能技术诊断前，需向数据中心基础设施业主方收集以下资料：a)工程竣工图和技术文件：b)历年设备改造记录；c)IT设备类型及信息；d)机房温湿度状况、相关设备技术参数及近1-2年的运行记录；e)近1-2年数据中心的燃气、油、电、蒸汽等能源消费账单以及数据中心能耗监测；f)系统或分表计量设置及数据记录；g)现有智能化系统的功能和应用情况。5.2资料分析节能诊断开展前，应对收集到的资料进行必要的分析，了解数据中心基础设施的基本情况，制定节能诊断工作计划，并与数据中心基础设施业主方确认。5.3资料补充节能诊断过程中，亦可根据节能诊断工作需要向数据中心基础设施业主方补充收集资料。6节能诊断6.1.1节能诊断过程应获得数据中心基础设施业主方的充分配合，提前与数据中心基础设施业主方具体主管人员做好工作对接。6.1.2数据中心基础设施节能诊断项目应按JGJ177规定的检测方法，并结合数据中心特点进行。6.1.3节能诊断可重点关注建筑与建筑热工系统、通风与空气调节系统、电气系统、运维管理系统等各数据中心基础设施子系统分项进行分析诊断。也可根据数据中心实际情况以及业主方实际需求，对其他子系统开展节能分析诊断工作。6.1.4节能诊断实施方应依据诊断结果，编制节能诊断报告。节能诊断报告宜包括但不限于以下内3a)节能诊断活动总体情况简介；b)节能诊断机构及具体诊断执行人员情况简介；c)数据中心基础设施概况；d)数据中心基础设施年能耗情况及分析；e)子系统勘察情况、检测方案及合理性分析；f)子系统检测过程记录及检测结果记录；g)子系统检测结果分析；h)根据对数据中心能耗情况的分析及子系统检测结果的分析，综合分析诊断数据中心基础设施能源利用存在的主要问题和关键因素；i)根据诊断结果，提出节能技术改造方案建议。6.1.5节能诊断报告编制完成后，应由编制人员签署并由节能诊断实施方确认后提交数据中心基础设施业主方。对于数据中心基础设施业主方认为需要补充实施的检测项目或节能诊断报告中需要完善的部分，双方应依据双方事先确认的节能诊断协议、节能诊断工作计划等文件予以妥善处理，直至获得双方共同的认可和确认。6.2建筑与建筑热工系统建筑与建筑热工系统节能诊断宜按下列步骤进行：a)查阅图纸，了解建筑外围护结构的构造做法和材料，建筑遮阳设施的种类和规格，以及设计变更等信息；b)对外围护结构状况进行现场勘察，调查了解外围护结构保温系统的完好程度，实际施工做法c)对外围护结构、遮阳设施、保温系统等分项进行能耗影响分析，针对耗能比例较大的分项，6.3通风与空气调节系统a)了解数据中心通风与空气调节系统的设计情况，根据数据中心实际设计对通风与空气调节系c)对各子系统中可能对实际发生冷量不必要损耗的要素进行识别，并对各要素进行分析和诊断，针对耗能比例较大的分项，必要时进行检测并定量分析。6.4电气系统电气系统的节能诊断宜按下列步骤进行：a)了解数据中心电气系统的设计情况，对电气系统进行分解，如供配电系统、备用电源系统、不间断电源系统、高压配电系统、低压配电系统、照明系统等；b)对电气系统的实际安装及运行情况进行勘察；c)对各子系统中可能对实际发生电量不必要损耗的要素进行识别，并对各要素进行分析和诊断，针对耗能比例较大的分项，必要时进行检测并定量分析。46.5运维管理系统运维管理系统的节能诊断宜按下列步骤进行：a)了解数据中心运维系统的设计情况、运行机理、工作模式等；b)对运维管理系统的实际安装及运行情况进行勘察；c)对运维管理系统的有效性进行分析和诊断。7节能技术改造方案7.1在编制节能技术改造方案前，节能技术改造方案编制方须充分了解节能诊断结果、用户目标需求、改造支出预期、验收方式等方面内容。7.2节能技术改造方案编制方应根据综合节能诊断结果，以及用户需求，综合权衡，选取合理的技术措施制定节能技术改造方案。宜优先挖掘现有设备潜力，更新设备时应满足运行可靠、经济适用、节能和环保的要求，优先选用能效等级高的新技术新产品。涉及到的具体系统改造方案可参考附录A。7.3数据中心的节能技术改造方案，需符合国家、地方政府现行有关标准、规章制度等的规定。7.4改造同时进行扩能(扩建)的，宜合理规划其扩能(扩建)部分的可用性等级，宜与既有部分协同规划，避免过高等级建设，并优先消纳既有部分的供电容量。7.5节能技术改造方案宜根据当地的实际情况，采取充分利用自然冷源，以及优先利用余热资源、可再生能源，峰谷蓄电、错峰蓄冷等措施，并充分考虑水资源的使用问题，避免对水资源的浪费。7.6制定的节能技术改造方案宜通过数字仿真等形式分析论证节能技术改造可能取得的效果，并进行详细的成本核算、经济效益分析、环境效益分析、二氧化碳减排量。对于无法满足用户需求以及国7.7最终节能技术改造方案应获得数据中心基础设施业主方的认可及确认，并明确验收方式方法。8节能技术改造实施8.1确定节能技术改造方案后，需严格按照改造方案确定节能技术改造实施方案，并由具备资质的单位出具施工图。8.2实施改造前，需经数据中心基础设施业主方评审认可，并按国家、地方政府现行有关标准、规章制度等的规定履行必要的审批手续，取得施王许可后方可施王。8.3对于在保持生产状态的区域内的改造活动，应充分考虑改造施工对未改造区域使用功能的影响，制定相关预案，由数据中心基础设施业主方认可及确认，并提前与数据中心基础设施业主方具体主管人员做好工作对接。8.4施工中发现方案不健全或不完善，需及时采取更改手段，并履行审批程序，经数据中心基础设施业主方认可后实施。8.5施工过程应加强管理，在符合国家、地方政府现行有关标准、规章制度等规定的前提下，降低施工过程能源与资源的消耗，且要保证施工改造现场的安全及环保。8.6施工结束后，施工方需对施工现场进行必要的清理，对设备进行必要的调试，保证数据中心基础设施符合相关的标准规定，具备运行条件，满足验收要求。9综合改造验收9.1数据中心基础设施节能技术改造后，需根据节能技术改造所涉及各相关方事先约定，对不同运行工况的节能效果进行评估及验收。9.2对于验收过程中发现的、未达到数据中心基础设施业主方要求的部分应予以整改。分析存在问题，并针对存在问题按照本标准第7章要求制定节能技术改造方案。确定节能技术改造方案后，按照本标准第8章要求再次进行节能技术改造实施。对于再次实施的节能技术改造，也需根据节能技术改造所涉及各相关方事先约定，对不同运行工况的节能效果进行评估及验收，直至达到数据中心基础设施业主方要求。59.3数据中心基础设施经节能技术改造并稳定运行一年后，宜由专业机构按数据中心基础设施业主方在节能技术改造实施前提出的指标要求对数据中心基础设施节能技术改造效果进行节能评价。节能评价过程可参考节能诊断。9.4经节能评价确认节能技术改造达到数据中心基础设施业主方在节能技术改造前提出的要求，并由相关主管部门确认节能技术改造符合国家相关规定后，节能评价受委托方应编写节能技术改造综合评估报告，并由数据中心基础设施业主方确认后存档。节能技术改造综合评价报告可作为节能技术改造验收的最终凭证。综合评估报告宜包括但不限于以下内容：a)数据中心改造前的概况；b)节能技术改造的主要措施及施工总结；c)数据中心改造后的概况(如：设备、系统的运行状况、冷负荷的分析和计算等);d)数据中心基础设施业主方所提要求的完成情况(如：改造前、后数据中心的电能利用效率对e)节能技术改造的结论及评审意见。6(资料性)数据中心基础设施节能技术改造方案编制参考A.1通则编制数据中心基础设施具体系统的节能技术改造方案时可参考本附录相关内容。A.2建筑与建筑热工系统涉及建筑与建筑热工系统时可参考下述内容。a)建筑与建筑热工的节能技术改造见GB50174的规定。b)外围护结构进行节能技术改造所采用的保温材料和建筑构造的防火性能见GB50016的规c)常年无人值守的数据中心机房设有外窗的，需同时满足保温要求。封闭后气密性不低于GB/T7106规定的8级要求。A.3通风与空气调节系统涉及通风与空气调节系统时可参考下述内容。a)对于单位风量耗功率大于GB50189规定的空调风系统风机进行相应的调节或改造。e)数据中心通风与空调系统节能技术改造的施工和调试见GB50411、GB50243、GB50462的相关规定。f)应综合考虑建设规模、功率密度等条件，优先采用带有充分利用自然冷源或带有废热回收的系统方式。g)充分挖掘现有设备的节能潜力。对于由于设计不合理，或者使用功能改变而造成的原有系统分区不合理的情况，在进行改造设计时，宜根据目前的实际使用情况，对系统重新进行分区设置。h)保证改造后，通风与空气调节系统具备动态调整的功能，可按室外环境、负荷等参数调整运行工况。i)保证改造后，冷通道或机柜进风区域的温度控制在GB50174规定的范围内，或满足数据中心所使用信息设备的具体要求。A.4冷源系统涉及冷源系统时可参考下述内容。a)根据原有供冷系统运行记录，按气候和冷源特点进行冷负荷的分析和计算，确定改造方案。b)若冷水机组实际运行效率未达到节能产品标准，或冷水机组实际性能系数(COP)不符合GB50189规定，进行相应的改造或更换。c)当空调系统冷水管存在结露时，需进行保温改造。d)当冷却塔的实际散热效果不能满足设备运行要求时，需对冷却塔进行相应的清洗或改造。e)当空调水系统实际供回水温差小于设计值40%的时间超过总运行时间的15%时，宜对空调水系统进行相应的调节或改造。系统并联环路之间压力损失的相对差额超过15%时，需采取水力平衡措施。f)对蒸汽吸收式制冷机组进行改造或更换时，需回收所产生的凝结水，凝结水回收系统宜采用闭式系统。g)对水冷冷水机组进行改造或更换时，宜采用具有实时在线清洗功能的除垢技术。A.5输配系统涉及输配系统时可参考下述内容。a)空调冷水系统的耗电输冷比及风道系统见GB50189的规定。7b)数据中心水泵、风机、冷却塔进行更新时，更换后的设备见GB50189的规定，冷却塔的风机宜采用变频控制。c)原系统水泵选型过大时，宜增加水泵变速控制装置。d)当循环水泵的实际水量超过原设计值的20%,或循环水泵的实际运行效率低于铭牌值的70%时，宜对水泵进行相应的调节或改造。e)采用二次泵的空调冷水系统，当二次泵未采用变频控制时，宜对二次泵进行变频改造。A.6末端系统涉及末端系统时可参考下述内容。a)数据中心机房空调的控制及主机房温度、湿度的控制见GB/T51314的规定。b)数据中心的主机房宜采用独立的湿度控制设备。c)空调末端宜尽可能靠近电子信息设备。d)末端空调宜选用高效的设备，如采用变频压缩机、EC风机等。e)合理设定机房温度，实现按需制冷，避免过度制冷。f)采用热通道封闭时，建议回风温度为35℃~38℃;采用冷通道封闭时，建议回风温度为g)对显热比不足0.9的机房空调(名义工况),宜进行相应的改造或更换。A.7气流组织涉及气流组织时可参考下述内容。a)机房内气流组织应避免气流短路与旁通，减少局部过热，提高机柜冷却效率。b)机房内线缆的布置不会影响送、回风通道的通畅。尤其采用架空地板下送风的机房，可考虑电缆为上走线。c)机房内宜采用冷(热)通道封闭，当机柜内未装满设备时，未安装设备的位置需安装挡风盲板，需要前后穿线的空位宜安装毛刷盲板。d)宜采用计算流体力学对机房改造前、后气流组织进行模拟和验证。e)机柜没有按照冷热通道摆放的，宜调整布局，改为冷热通道的布局。有条件的，可采用封闭冷(热)通道的方式或采用微模块。f)当采用地板下送风时，机柜出现局部过热现象，可采用强制通风地板或其它强制通风设备解决局部热点问题。g)出风量不足的，需增加通风地板开孔地板开孔率，提升通风效率。h)机房内密封不严的，需采用防火材料封堵墙壁上的孔洞；开孔地板及机柜内的出线孔应采用毛刷等密封方式进行密封。A.8供配电系统涉及供配电系统时可参考下述内容。a)结合工艺布局，使改造后的设备尽可能深入负荷中心安装，减少配电回路损耗。b)更换或新增的变压器需选用节能型干式变压器，能效等级应不低于GB20052中的能效二级标准。c)若原有数据机房内配电系统的三相不平衡度大于15%,需调整单相配电回路，以达到三相负荷平衡。d)根据节能诊断报告的结论，结合系统主要设备的更新换代和数据中心的扩容进行供配电系统的节能技术改造设计。综合考虑基础设施节能部分电力容量分配给IT设备使用，扩充IT设备承载量。e)对电子信息设备的实际用电量及其电源系统的配置容量、冗余度进行复核，在满足安全性的前提下对其进行改造，使电源设备处于转换率较高的负载率区间。f)需有保障改造期间临时用电的技术措施。g)结合实际负荷情况和扩容需求，合理调整供配电系统中变压器、配电线路和设备的容量，以满足数据中心基础设施可用性等级及该等级在GB/T2887中对应的相关规定。8A.9低压配电系统涉及低压配电系统时可参考下述内容。a)低压配电系统应避免跨楼层布线。b)低压配电系统应靠近负荷中心，减少低压线缆布放长度。c)低压配电柜或列头柜在布置时需充分考虑电缆走线要求，尽可能与机房布放方式保持一致，减少电缆竖向走向的距离。A.10高压配电系统涉及高压配电系统时可参考下述内容。a)高压配电系统宜靠近低压配电系统，如供电局无特殊要求，可将高压系统与低压系统布置在同一房间内。b)如用电负荷分布在不同楼层，变压器可靠近低压配电系统。c)高压电缆尽可能采用插接母排输送到各楼层，使用寿命更长且和故障率更低，降低综合成本。A.11备用电源系统涉及备用电源系统时可参考下述内容。a)综合节能技术改造后a)综合节能技术改造后IT设备用电和基础设施用电的占比分配关系的变化，评估现有备用电b)建立在电力供应正常的情况下模拟电力供应中断，用备用电源系统发电带真实负载的控制逻d)备用电源系统宜靠近高压配电系统。A.12不间断电源系统涉及不间断电源系统时可参考下述内容。b)更换或新增的变频设备需采用低谐波含量的设备；未更换的UPS电源、变频器等设备，其谐A.13照明系统涉及照明系统时可参考下述内容。a)针对数据中心内不同场景，宜采用合理智能控制系统。,并充分利用自然光。当公共照明采用就地控制方式时，宜设置声控或延时等感应功能；当公共区照明采用集中监控系统时，宜根据照度自动控制照明。b)改造设计宜满足节能控制的需要，且照明配电回路应配合节能控制的要求分区、分回路设置。c)数据中心各区域的照度要求满足GB50174的要求。A.14运维管理系统涉及运维管理系统时可参考下述内容。a)对于不具备分项计量功能的运维管理系统宜加装分项计量装置以实现对数据中心各分系统能耗的监测。计量点设置可参考GB/T32910.3或YD/T2543—2013。宜实现实时监测数据中心各分系统能耗状况参数、实时显示整体电能利用效率值和电能利用效率瞬时值及其变化走势等功能。b)宜改造为智能化运维管理系统，使其能够根据设备状态、负载率等运行状态的实时变化，根据内外部不同温度、湿度、水温、储冷量、峰谷电价等综合因素，及时调整各系统的工作状态，使各设备系统能够在满足冗余需求的前提下，尽量工作在能源效率最优的状态。c)有条件的数据中心可采用大数据、AI算法等手段实现空调系统智能、节能调节。d)运维管理系统宜结合T/CIE052及T/CIE085要求设置。9b)宜在原控制系统平台上增加或修改监控功能。c)当需要与其他控制系统连接时，采用标准、开放接口。d)涉及修改设备运行参数、改变设g)对智能化系统进行改造时，宜结合T/CIE052及T/CIE085要求设置。(资料性)数据中心基础设施节能诊断报告案例数据中心基础设施节能诊断报告的编写示例如(一)节能诊断活动总体情况简介XXXX年XX月XX日至XX日，受A数据中心委托，(节能诊断机构名称)对该数据中心开展了节能诊能诊断机构名称)收集了A数据中心基本情况、平面图、设备清单、运行能耗数据等资料，对现场进行了勘察。在此基础上确定了具体检测方案，并依据相关资料和检测结果对A数据中心基础设施的能耗情况进行(二)节能诊断机构简介(略)(三)节能诊断执行人员情况简介(略)(一)基本情况A数据中心位于华东XX市XX区，于XX年投入使用。该数据中心机房面积XX平方米，实际运行PUE为XX。图1数据中心位置图(略)图2数据中心外观(略)图3数据中心平面图(略)(二)供配电系统图4供配电系统拓扑图(略)UPS不间断电源：采用高频UPS产品，分别接入两路市电，具有整流整压功能，并可提供XX分钟满负荷负载支图5UPS不间断电源铭牌(略)备用电力：配置两台XXkVA户外型柴油发电机组，采用多路并机系统，自动监测控制，市电失电时快速自启。图6柴油发电机铭牌(略)(三)通风与空气调节系统A数据中心机房冷源采用风冷直膨式精密空调，N+1冗余备份。通风系统采用下送风上回风，冷热通道分离形式。图7精密空调铭牌(略)(四)IT系统A数据中心采用标准的42U机柜，单机柜设计功率XXkW,平均运行功率XXk图8机房布局图(略)(五)动环系统配置及运维情况A数据中心采用动环监控系统，可实时监测机房内的温度情况以及UPS、精密空调等运行情况。人员7×24班，可有效保证机房的稳定运行。A数据中心XX年度总用电XX万kWh,IT设备用电XX万kWh,年度PUE为XX,具体组成如下表。由此可见，照明其他部分耗电量基本正常，通风与空气调节系统和供配电系统均具有较大的节能潜力。但需进一用电量(万kWh)用电量(万kWh)用电量占比(%)IT设备1供配电系统(UPS等)照明系统及其他表1用电比例分析(示例)图9PUE组成及各用电系统占比示意图(略)四、子系统勘察情况、测试方案及合理性分析(一)通风与空气调节系统现场走访发现，精密空调在XX年投用，机组运行已超过XX年，属于超期服役，机组老化情况较严重。图10屋顶空调室外机(略)气流组织方面，机房虽然进行了冷热通道隔离，但未对冷通道或热通道进行封闭，机柜内存在部分空留位置未安装盲板的现象，且机柜内部IT设备布置较混乱，没有对设备的进、回风口同向部署。综合上面情况，拟对空调机组进行COP抽样测试。并对冷通道内温度分布情况进行测试，判断气流组织情况，以判断影响通风与空气调节系统能耗的主要原因。(二)供配电系统现场走访发现，无功补偿装置、有源滤波装置运行正常。对UPS面板运行数据的读取，其效率在XX%左右，造成不必要的能源消耗，需进一步了解效率偏低的原因。五、子系统测试过程及结果(一)精密空调测试机组采用的是传统的机型，压缩机为传统的涡轮压缩机，无法利用室外自然冷源，也未采用主流的送风温度控制。对机组进行了COP抽样测试。报告显示，机组COP在XX左右。(二)气流组织测试在同一个冷通道的四个不同位置进行了检测，温度差异较大，四个采样点温度分别为XX℃、XX℃、XX℃、xX℃。图11测试记录(略)(三)供配电系统测试图12UPS测试结果(略)测试过程中同时发现空调过滤网脏污情况严重。现场沟通了解到，客户日常维护时直接用水清洗过滤网，使得过滤网的通风效率低，增加了压缩机和风机的功耗。图13过滤网现状图(略)六、子系统测试结果评价现市场上主流冷源机组机型的AEER值已在3.6以上。A数据中心所用空调机组能效远低于此，且机房内气流组织混乱，是PUE偏高的主要