近年来云计算产业发展迅速，全国各地均有新建项目。在云计算中心的快速扩张中，众多难题逐渐显现，最突出的问题是耗能高。由于云计算中心耗电量占国民生产总耗电量的比例急剧上升，导致很多云计算中心建得起、用不起，因此，建设节能环保的绿色云计算中心已经成为建设方和使用方的共识。

云计算数据中心内安装的服务器、路由器、存储设备、交换机、光端机等计算机设备以及动力保障设备，均会以传热、对流、辐射的方式散发热量，这些热量仅造成机房内温度的升高，属于显热。数据中心的设备散热量一般均在400 W/m²以上，装机密度较大的数据中心会达到1000 W/m²以上。据数据统计，云计算数据中心的空调耗电量所占比例较大，约占总耗电量的40%以上^[1]。降低空调耗电量已成为降低数据中心总耗电量及运营成本的有效手段。

内蒙古京能盛乐热电有限公司拥有国内首家大型燃煤冷热电三联供机组。冷热电三联供技术使得传统的热电厂转变为区域能源中心，既向一定区域提供电力，又向其提供空调制冷用水的热源、采暖用热水以及生活热水。本文以呼和浩特盛乐热电有限公司的现代服务业集聚区云计算数据中心区域制冷站为例，介绍该云计算区域的制冷运行方案、投资费用，并对热水吸收式制冷方案的运行效果进行预测，供其他云计算数据中心制定制冷方案提供参考。

呼和浩特盛乐现代服务业集聚区云计算数据中心位于内蒙古呼和浩特市盛乐经济开发园区，其制冷站项目可靠性级别为A 级，负荷总计为105510 kW，考虑云计算数据中心总装机容量建设，一期负荷为17 585 kW。制冷站的主要用户为云计算数据中心及配套的办公生活用房，大部分的冷负荷为数据中心所用。数据中心的冷负荷主要是数据中心内计算机及存储系统日常工作产生的热量，其单位面积的发热量较大。据暖通空调有关手册，大型计算机数据中心产生的热量可达500~1000 W/m²，而且负荷大小与气候变化基本无关，全年相对稳定^[2]。

由于目前缺乏详细的规划资料，制冷站服务对象暂时按照办公楼、酒店等常规民用建筑类型设计，采用计算机模拟仿真技术计算内蒙古地区部分民用建筑的逐时空调冷负荷，取典型日（2013年6月21日，夏至）的数据统计，如图 1所示。根据暖通空调手册提供的数据中心产热量以及内蒙古地区大型建筑逐时空调冷负荷确定设备配置情况^[3]。

图1(Figure 1)

图1 内蒙古地区部分民用建筑夏至日逐时空调冷负荷柱状图

基于末端数据中心用户对空调冷冻水安全性的要求，虽然制冷设备无需备用，但需要考虑冷水制备方式是采用吸收式制冷机还是离心式电制冷机。在冷热电三联供技术中，提供冷源的设备一般采用吸收式制冷机，其中应用比较广泛的是溴化锂吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机，而后者主要用于0 ℃以下的低温制冷。

溴化锂吸收式制冷机是一种不用电能、直接以热源为动力制取冷水及温水的中央空调设备。它以溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。其利用的热源既可以是燃油、燃气、蒸汽，也可以是各种高温排气、热水，甚至是太阳能等余热和废热。在1台制冷机上可以同时利用多种热源。其制冷流程如图 2所示。

图2(Figure 2)

图2 溴化锂吸收式制冷机流程示意图

通过以上分析，拟定以下4种制冷方案进行设备配置。

（1） 方案1：全部采用热水吸收式制冷，主要设备包括8793 kW溴化锂吸收式制冷机2台、冷却水泵、玻璃钢冷却塔、自动控制设备、管网等。

（2） 方案2：全部采用电制冷，主要设备包括8793 kW 6 kV离心式电冷水机2台、冷却水泵、玻璃钢冷却塔、自动控制设备、管网等。

（3） 方案3：热水吸收式制冷80%、电制冷20%，溴化锂吸收式制冷机按热水80%、电20%的比例进行设计。

（4） 方案4：热水吸收式制冷20%、电制冷80%，溴化锂吸收式制冷机按热水20%、电80%的比例进行设计。

以上4个方案的投资估算按照装机17 585 kW规模、土建35 170 kW规模一次性建成原则进行。估算数据如表 1所示。

表1(Table 1)

表 1 4种制冷方案投资估算比较

表 1 4种制冷方案投资估算比较

根据对4种制冷方案运行状况及水、电、热水年消耗量的统计，可计算得到制冷站年运行费用，如表 2所示。

表2(Table 2)

表 2 制冷站年运行费用预测值

表 2 制冷站年运行费用预测值

通过对4种方案的对比分析可以看出，全部采用热水吸收式制冷（方案1）的初投资较大，运行费用也高于电制冷，但采用该方案有以下优点：

（1） 实现了能源的阶梯利用，热效率可达80%以上；

（2） 由于冬、夏季用汽不均衡，热电机组在夏季的发电量受用汽负荷的限制，不仅发电量小，而且单位发电量的煤耗增加，使热电联产的节能效益无法完全发挥出来。而热电冷三联供技术在系统中加入热水吸收式制冷装置，可以填补夏季热负荷的低谷，均衡冬夏用汽负荷^[4]。

（3） 降低了夏季制冷的用电负荷，缓解了当地用电的紧张程度，缩小了用电峰谷差。通过综合分析后，最终决定呼和浩特盛乐现代服务业集聚区云计算数据中心区域制冷站采用全部热水吸收式制冷方案。

全部采用热水吸收式制冷方案，在今后的运行中具有如下优势。

（1） 采用区域制冷集约化建设，降低了云计算数据中心建设的整体初投资，而且通过利用热电厂余热，降低了数据中心的运行费用^[5]；

（2） 制冷、供热设备集中控制与管理，提高了数据中心的安全性和可靠性；

（3） 集中采用大型设备，减少了分散的设备数量，降低了维护工作量及费用；

（4） 冷却塔或室外空调制冷、制热设备集中设置，美化了区域环境；

（5） 提高了能源综合利用率，减少了二氧化碳的排放量，降低了温室效应。

采用热水吸收式制冷方案，可减少对电能等一次能源的消耗量。经初步估算，呼和浩特盛乐现代服务业集聚区云计算数据中心区域制冷站按总装机容量105 510 kW计，每年可对节能减排做出以下贡献：

（1） 减少用于冷源电制冷的耗电量约65 GWh；

（2） 标准煤消耗量降低约30 kt;

（3） 减少二氧化碳排放量约78 kt；

（4） 减少二氧化硫排放量约244 t。

通过以上分析可以看出，云计算数据中心由冷热电三联供机组提供冷源，并采用热水吸收式制冷方案，不但可以解决数据中心所有的能源和动力需求，而且能够大大提高一次能源的利用率。但是在系统运行过程中如何提高经济性，还需要根据系统负荷、项目建设地的气象条件、能源政策、能源价格等因素进行综合分析后确定。