Ai如何徹底改變數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性？

　　本文作者：Mukul Anand, Johnson Controls

　　通過將風(fēng)冷磁力軸承冷水機(jī)組和關(guān)鍵任務(wù)空氣處理機(jī)組與開源數(shù)字平臺(tái)的復(fù)雜 AI 功能相結(jié)合，數(shù)據(jù)中心可以通過允許動(dòng)態(tài)(而非靜態(tài))冷凍水設(shè)定點(diǎn)來減少能源使用。

　　任何數(shù)據(jù)中心的首要目標(biāo)都是完美的數(shù)據(jù)處理;實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是高可靠性和最大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間。然而，為了減輕氣候變化的影響，另一個(gè)屬性變得同樣重要——最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響。由于維持正常運(yùn)行時(shí)間傳統(tǒng)上需要大量的能源和資源，因此這些目標(biāo)似乎是不一致的。

　　數(shù)據(jù)中心是能源最密集的建筑類型之一，每層能耗是標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)辦公樓的10 至 50 倍，合計(jì)約占某些國(guó)家全國(guó)總用電量的2%。隨著全球許多技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者做出重大的凈零排放和水承諾，他們正在尋求新的創(chuàng)新來可靠地減少能源和資源的使用。

　　除了服務(wù)器消耗的電力外，HVAC設(shè)備還占數(shù)據(jù)中心40%的用電量。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)和盈利，這些設(shè)施必須優(yōu)化HVAC能源效率，同時(shí)確保數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行時(shí)間。

　　暖通空調(diào)和智能建筑技術(shù)的最新創(chuàng)新使這一成果成為可能，減少能源和水的使用、碳排放和成本，同時(shí)確保最高的可靠性。任務(wù)關(guān)鍵型機(jī)房空氣處理機(jī)組與風(fēng)冷式磁力軸承冷水機(jī)組、數(shù)字解決方案和樓宇自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，可以顯著提高數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性，同時(shí)維持支持可靠性和正常運(yùn)行時(shí)間的環(huán)境。

　　維持冷通道溫度

　　冷通道的溫度決定了HVAC設(shè)備和服務(wù)器風(fēng)扇的工作強(qiáng)度，從而決定了它們消耗的功率，以確保有適當(dāng)?shù)目諝饬苛鬟^服務(wù)器以帶走熱量。冷通道溫度越高，冷水機(jī)功耗越低。冷通道溫度較低，需要的氣流量較小，空氣處理單元風(fēng)扇和服務(wù)器風(fēng)扇的風(fēng)扇功耗也較低。

　　為了防止數(shù)據(jù)中心空白區(qū)域出現(xiàn)熱點(diǎn)并確保正常運(yùn)行時(shí)間，數(shù)據(jù)中心冷卻策略歷來傾向于較低的冷通道溫度和較高的氣流——甚至超出了所需的范圍。這種多余的氣流可以作為接近要求邊緣的應(yīng)用的緩沖區(qū)。例如，如果某個(gè)服務(wù)器的負(fù)載高于平常，則它可能會(huì)導(dǎo)致冷通道缺乏冷空氣，并可能導(dǎo)致過熱。額外的氣流提供了安全網(wǎng)，但也浪費(fèi)了能源。

　　服務(wù)器技術(shù)的進(jìn)步使得最新一代服務(wù)器能夠在較溫暖的冷通道的高溫環(huán)境條件下運(yùn)行?？梢栽诟鬁囟确秶鷥?nèi)運(yùn)行的服務(wù)器使得可接受的冷通道溫度范圍更廣成為可能。

　　通過優(yōu)化冷通道溫度，數(shù)據(jù)中心可以消耗冷卻所需的最小電力。目前，該溫度是一個(gè)靜態(tài)數(shù)字。然而，對(duì)動(dòng)態(tài)冷通道溫度影響的研究證明，動(dòng)態(tài)冷通道溫度可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心負(fù)載在任何給定時(shí)間的環(huán)境條件提供最佳冷卻，而且現(xiàn)在已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)。例如，當(dāng)室外非常冷時(shí)，可以使用經(jīng)濟(jì)冷卻或自然冷卻，同時(shí)降低冷凍水設(shè)定值并降低冷通道溫度。

　　這減少了機(jī)房空氣處理器和服務(wù)器風(fēng)扇的氣流和功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)中心使用靜態(tài)冷凍水設(shè)定點(diǎn)和靜態(tài)冷通道溫度時(shí)，就會(huì)失去這個(gè)機(jī)會(huì)。

　　不同效率冷水機(jī)組的功耗與冷通道溫度對(duì)比

　　在一年中最熱的下午，冷水機(jī)組的功耗最高，因?yàn)槔渌畽C(jī)組的升力很高。冷水機(jī)揚(yáng)程是指冷凝器中制冷劑與蒸發(fā)器中制冷劑之間的壓力差。在較高的揚(yáng)程下，壓縮機(jī)消耗更多的功率來驅(qū)動(dòng)熱力循環(huán)。

　　通過在下午幾個(gè)小時(shí)內(nèi)提高冷凍水設(shè)定點(diǎn)和冷通道溫度，可以減少升力，這減少了冷卻器壓縮機(jī)的功耗。業(yè)界使用 ASHRAE IT 設(shè)備空氣冷卻熱指南中的術(shù)語“臨時(shí)偏移”。

　　將風(fēng)冷式磁力軸承離心式冷水機(jī)和關(guān)鍵任務(wù)計(jì)算機(jī)房空氣處理器與開源數(shù)字平臺(tái)和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，可以在任何給定時(shí)刻驅(qū)動(dòng)冷通道溫度，以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的負(fù)載。動(dòng)態(tài)冷凍水設(shè)定點(diǎn)和動(dòng)態(tài)冷通道整體溫度有助于優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的功耗，而不會(huì)影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行時(shí)間。這種持續(xù)優(yōu)化的方法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的最佳實(shí)時(shí)能源效率，同時(shí)提供有助于維持正常運(yùn)行時(shí)間的冷通道溫度。

　　不斷發(fā)展的行業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)

　　從歷史上看，數(shù)據(jù)中心使用的冷水機(jī)和其他暖通空調(diào)設(shè)備是為舒適冷卻而設(shè)計(jì)的，而不是數(shù)據(jù)中心。在舒適制冷中，冷凍水設(shè)定點(diǎn)約為 44 華氏度(6.6℃)。然而，服務(wù)器制造商越來越適應(yīng)在更高溫度下運(yùn)行的處理器和主板，這意味著它們可以使用高達(dá) 80 華氏度(26.6℃)的冷凍水進(jìn)行冷卻。

　　數(shù)據(jù)中心應(yīng)用冷水機(jī)組的創(chuàng)新使得冷凍水設(shè)定點(diǎn)可以達(dá)到 70 至 80 華氏度，有時(shí)甚至更高。當(dāng)使用自然冷卻時(shí)，可以降低功耗并增加每年的小時(shí)數(shù)，從而顯著減少數(shù)據(jù)中心全年消耗的電量。

　　風(fēng)冷式磁力軸承離心式冷水機(jī)專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，針對(duì)當(dāng)今數(shù)據(jù)中心行業(yè)普遍存在的白色空間和電梯內(nèi)的升高溫度進(jìn)行了優(yōu)化。它們可以提供高達(dá) 80 華氏度的冷凍水溫度并滿足低升力的要求，從而提高能源效率。

　　雖然大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用帶有自然冷卻盤管的風(fēng)冷式冷水機(jī)，以受益于較低的環(huán)境條件，但風(fēng)冷式磁力軸承離心式冷水機(jī)可以在倒置條件下運(yùn)行，并提供自然冷卻，無需額外的自然冷卻盤管。添加到冷水機(jī)冷凝器中的自然冷卻盤管可能會(huì)導(dǎo)致效率低下和額外的壓降，以及更重的設(shè)備和更大的碳足跡。它們?cè)黾拥嚼渌畽C(jī)上的重量都體現(xiàn)為碳，從構(gòu)成線圈的金屬到較重的運(yùn)輸和索具重量，再到需要本身含有更多鋼材的建筑結(jié)構(gòu)來支撐屋頂上的額外重量。使用更輕且無需倒轉(zhuǎn)操作的冷卻裝置可以在多個(gè)方面對(duì)建筑物本身的碳足跡產(chǎn)生積極影響。

　　無摩擦的磁力驅(qū)動(dòng)器也有利于正常運(yùn)行時(shí)間。如果電源中斷，典型的冷水機(jī)組可能需要長(zhǎng)達(dá) 10 分鐘才能重新啟動(dòng)。相比之下，磁力軸承離心式冷水機(jī)的壓縮機(jī)重啟時(shí)間要快得多，恢復(fù)供電后僅需三分鐘即可恢復(fù)滿負(fù)荷。由于風(fēng)冷磁力軸承離心式冷水機(jī)采用變速驅(qū)動(dòng)，因此不存在浪涌電流。這意味著快速、受控地恢復(fù)到滿容量和設(shè)定點(diǎn)。

　　為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性，風(fēng)冷式磁力軸承冷水機(jī)產(chǎn)生的噪音明顯低于許多螺桿式冷水機(jī)，有些還使用 R-1234ze，一種具有超低全球變暖潛值 (GWP) 的制冷劑。

　　不同類型冷水機(jī)的噪音級(jí)別

　　當(dāng)連接到基于人工智能的解決方案時(shí)，風(fēng)冷磁力軸承離心式冷水機(jī)組與采用電子換向電機(jī) (ECM) 設(shè)計(jì)的高效關(guān)鍵任務(wù)機(jī)房空氣處理器相結(jié)合，可以將冷通道溫度與實(shí)時(shí)負(fù)載相匹配，并優(yōu)化能源使用每時(shí)每刻。擁有動(dòng)態(tài)冷凍水設(shè)定點(diǎn)和冷通道溫度可以優(yōu)化能源使用，而不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行時(shí)間造成風(fēng)險(xiǎn)。

　　根據(jù)實(shí)時(shí)情況優(yōu)化能源使用

　　智能數(shù)字服務(wù)，例如基于人工智能 (AI) 的解決方案提供的服務(wù)，與風(fēng)冷磁力軸承離心式冷水機(jī)組和高效關(guān)鍵任務(wù)機(jī)房空氣處理器集成，提供最優(yōu)化的能源解決方案。結(jié)合動(dòng)態(tài)水設(shè)定點(diǎn)和常規(guī)冷凍水重置策略，可以進(jìn)一步節(jié)省能源。這些解決方案根據(jù)實(shí)時(shí)條件優(yōu)化氣流，并可以顯著減少數(shù)據(jù)中心的能源使用。

　　作為數(shù)字平臺(tái)的一部分，基于人工智能的解決方案可以是位于樓宇管理系統(tǒng) (BMS) 之上的咨詢或監(jiān)督功能。在那里，它確保數(shù)據(jù)中心人員可以評(píng)估實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心負(fù)載和周圍環(huán)境條件下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心需求，并了解歷史負(fù)載模式或趨勢(shì)。有了這些有價(jià)值的信息，設(shè)施管理人員可以確保系統(tǒng)盡可能高效地運(yùn)行。

　　冷凍水重置策略有助于減少環(huán)境溫度較高的數(shù)據(jù)中心在高峰需求期間的能源使用。冷水機(jī)的功耗取決于揚(yáng)程，揚(yáng)程較低意味著能源消耗較少。在一年中最熱的下午，需要較低的冷凍水溫度來冷卻數(shù)據(jù)中心。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，升力和功耗通常很高。然而，冷凍水設(shè)定點(diǎn)可以在下午四到五個(gè)小時(shí)內(nèi)調(diào)整到更高的溫度，以提高系統(tǒng)能源效率，同時(shí)依靠機(jī)房空氣處理器中高效 ECM 風(fēng)扇的小幅提升。

　　這種冷凍水重置偏離了標(biāo)準(zhǔn)條件，并且不受某些服務(wù)級(jí)別協(xié)議的允許。為了提高整體效率和數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性，在服務(wù)水平協(xié)議中包含每年一定小時(shí)數(shù)的冷凍水重置非常重要。

　　利用歷史趨勢(shì)，智能冷卻系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)并為下一次負(fù)載變化做好準(zhǔn)備。例如，如果數(shù)據(jù)中心在上午 8 點(diǎn)左右持續(xù)產(chǎn)生大量熱量，則系統(tǒng)可以自動(dòng)從上午 7 點(diǎn)開始逐步提高容量，而不是在上午 7:59 時(shí)以 100% 的容量運(yùn)行。這種逐步的提升可以最大限度地減少系統(tǒng)峰值，提高能源效率，甚至可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

　　數(shù)字解決方案、互聯(lián)設(shè)備和樓宇自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合可以使數(shù)據(jù)中心更加智能、更加可持續(xù)。這些解決方案使設(shè)施管理人員能夠持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況和能源消耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵流程的自動(dòng)化。一些解決方案還提供易于閱讀的儀表板，用于顯示趨勢(shì)并在設(shè)置參數(shù)偏離指定值時(shí)通知指定人員。這使得設(shè)施團(tuán)隊(duì)能夠解決問題、發(fā)現(xiàn)節(jié)能機(jī)會(huì)并推動(dòng)最重要的成果。

　　同時(shí)提高能源效率和正常運(yùn)行時(shí)間

　　技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者有非常嚴(yán)格的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，并且有緊迫的期限來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。數(shù)據(jù)中心配備創(chuàng)新解決方案以幫助盡快實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)至關(guān)重要。專門設(shè)計(jì)的風(fēng)冷磁力軸承離心式冷水機(jī)組與人工智能驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵任務(wù)計(jì)算機(jī)房空氣處理器相結(jié)合，可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的空白空間條件優(yōu)化可持續(xù)性，并在保持正常運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)顯著提高數(shù)據(jù)中心效率。

　　隨著服務(wù)器在高溫環(huán)境條件下運(yùn)行的能力越來越強(qiáng)，數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)營(yíng)商也越來越適應(yīng)溫暖的冷通道，HVAC 設(shè)備必須準(zhǔn)備好在更高的冷凍水設(shè)定點(diǎn)和更高的冷通道溫度下運(yùn)行。這種長(zhǎng)期持有的設(shè)計(jì)思維方式的轉(zhuǎn)變提供了創(chuàng)建更智能、更可持續(xù)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的機(jī)會(huì)，該架構(gòu)能夠協(xié)作并增強(qiáng)整體能源效率和可靠性。風(fēng)冷式磁力軸承離心式冷水機(jī)、關(guān)鍵任務(wù)機(jī)房空氣處理器和基于邏輯的 BMS 可以與數(shù)據(jù)中心一起成長(zhǎng)和發(fā)展，從而在今天和明天提供持續(xù)改進(jìn)。

　　來源：千家網(wǎng)