1 有關節(jié)能的法規(guī)和規(guī)范
節(jié)約資源是我國的基本國策。近年來,國家就節(jié)約資源特別是節(jié)約能源頒布了一系列的法規(guī)和規(guī)范,如: 《中華人民共和國節(jié)約能源法》(2007年人大第三十次會議修訂)、《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2005、《建筑節(jié)能工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50411-2007; 《建筑照明設計標準》GB 50034-2004等。
節(jié)約能源(簡稱節(jié)能)是指加強用能管理,采取技術上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施,從能源生產到消費的各個環(huán)節(jié),降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費,有效、合理地利用能源。
《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2005的頒布執(zhí)行,明確了公共建筑能耗主要體現(xiàn)在建筑圍護結構以及采暖、通風、空調和照明能源消耗,明確了將改善建筑物的圍護結構保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風和空氣調節(jié)設備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設備效率。在保證相同的室內環(huán)境參數(shù)條件下,采用符合標準的建筑節(jié)能設計的建筑與沒有采取節(jié)能措施的建筑相比,全年總能耗應減少50%,其中:圍護結構分擔節(jié)能率約25%~13%;空調采暖系統(tǒng)分擔節(jié)能率約20%~16%;照明設備分擔節(jié)能率約7%~18%。由此可見,按照《公共建筑節(jié)能設計標準》節(jié)能的目標要求,節(jié)能的潛力和效果是極為顯著。國家《公共建筑節(jié)能設計標準》是現(xiàn)行建筑節(jié)能設計主要依據(jù)和準則。
2 數(shù)據(jù)中心的特征特點
數(shù)據(jù)中心通常是指在一個物理空間內(可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理,而計算機設備、服務器設備、網(wǎng)絡設備、通信設備、存儲設備等通常被認為是數(shù)據(jù)中心的IT關鍵設備。數(shù)據(jù)中心的基礎設施是指為確保數(shù)據(jù)中心的IT關鍵設備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運行而建設配套的基礎工程(機房工程),數(shù)據(jù)中心基礎設施的建設首要目的是為數(shù)據(jù)中心中的IT關鍵設備運營管理和數(shù)據(jù)信息安全,提供24×7的保障環(huán)境。
在數(shù)據(jù)中心中,為了業(yè)務與信息的處理要求,IT關鍵設備通常需要進行24×7的運行,IT關鍵設備的運行,消耗大量的電能,產生出大量的熱量,為了保持 IT關鍵設備運行在規(guī)定的環(huán)境要求范圍內,又需要通過基礎設施設備(精密空調設備)的運行,來維持IT關鍵設備對(溫度濕度)環(huán)境的要求,這時,精密空調設備制冷又消耗了大量的電能。同時,數(shù)據(jù)中心被安置在一個建筑物內,圍護結構的熱工性能,也直接影響著室內環(huán)境的(溫度、濕度)狀況。另外,運營與維護過程的管理有效性,也是影響數(shù)據(jù)中心能耗的一個方面。
數(shù)據(jù)中心的節(jié)能是近年來逐漸被各方所越來越重視的一個事項,也是一個符合國情要求的重要發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能,相對于其他能源種類而言,主要是體現(xiàn)在電能的節(jié)約和利用上。
3 總體設計的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設中,總體設計是依據(jù)建設需求、法律法規(guī)、工程標準,運用新一代數(shù)據(jù)中心設計理念以及可實現(xiàn)技術,確定數(shù)據(jù)中心建設的整體思路、總體構架和技術策略,以實現(xiàn)建設目標包括節(jié)能目標。
數(shù)據(jù)中心建設在總體設計中,主要從總體擁有成本、總體空間規(guī)劃、合理氣流組織、系統(tǒng)融合構建等方面考慮節(jié)能途徑與節(jié)能措施。
數(shù)據(jù)中心的建設作為一項工程,其建設需要投資,運營也需要費用。數(shù)據(jù)中心建設工程的總體擁有成本包含從建設期到運營期的總體成本,包括:設施建設成本、設備系統(tǒng)成本、軟件系統(tǒng)成本、維修維護成本、日常運營成本、人力資源成本等。而在現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心日常運營成本(主要是能耗成本)占總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下,數(shù)據(jù)中心的總體設計更需要關注工程先期設計的合理性和適用性,充分地考慮如何在建設期和運營期,降低數(shù)據(jù)中心的日常運營成本——能耗成本,即降低數(shù)據(jù)中心的總體擁有成本,以提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟效用比。
數(shù)據(jù)中心可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分,包括主機房、支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)。數(shù)據(jù)中心合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是依據(jù)建設需求進行總體設計的第一步,也是重要的一步,總體規(guī)劃確定數(shù)據(jù)中心的等級規(guī)模和系統(tǒng)構成,空間與平面布局確定機房的場地的分隔、工作的流程以及建設的工藝?,F(xiàn)行數(shù)據(jù)中心采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積(架高、凈高、層高)、人機區(qū)域分離、區(qū)域集中監(jiān)控等,都是新一代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局所崇尚的設計理念與節(jié)能策略。
數(shù)據(jù)中心平面布局中,主機房內各IT關鍵設備區(qū)域用房應集中布置,其他支持區(qū)和輔助房室內溫、濕度要求相近的房間,宜相鄰布置。在數(shù)據(jù)中心IT關鍵設備區(qū)域布置中,應根據(jù)IT關鍵設備種類、系統(tǒng)成組特性、設備的發(fā)熱量、機柜設備布置密度、設備與機柜冷卻方式等,合理地考慮機房區(qū)域、機柜列組、機柜內部這三個層面的精密空調設備制冷的氣流組織。包括空調設備的位置布置、送回風方式、送風口設置、回風口設置等。采用“冷端”與“熱端”的送回風通道、平衡和散列高密度機柜中的設備布置等是主要的氣流組織節(jié)能策略。
由總體規(guī)劃、空間與平面布局的建設設計,到動力配電、暖通空調關鍵系統(tǒng)的設計,再到其他配套系統(tǒng)的設計。需要考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)間的融合構建(適當?shù)南到y(tǒng)集成),這樣能夠提高數(shù)據(jù)中心建設的整體性能和綜合效能。
4 建筑的節(jié)能途徑與措施
通常數(shù)據(jù)中心作為一個建筑單體(為少數(shù),如:IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心)或公共建筑中的一部份(為多數(shù),占公共建筑物中的一個局部區(qū)域)的形式構建。在數(shù)據(jù)中心中,通過精密空調設備的運行來確保IT關鍵設備運行需要特定的溫濕度環(huán)境,所以,數(shù)據(jù)中心建筑物的建筑護圍的熱工特性是影響精密空調設備效能的重要因素,是節(jié)能的重點關注對象。
圍護結構是指建筑物各面的圍擋物,如墻體、屋面、地面和門窗等。圍護結構分非透光圍護結構(墻體、屋面、地面)與透光圍護結構(玻璃門窗、玻璃幕墻)。熱橋是指圍護結構兩側在溫差作用下,形成熱流密集的傳熱部位。
通常,表征建筑物圍護結構熱工性能的有下列幾個指標:
(1)傳熱系數(shù)(K):在穩(wěn)態(tài)條件下,圍護結構兩側空氣溫度差為1℃,單位時間內通過1m2面積傳遞的熱量。單位:W/m2℃。它是表征圍護結構傳遞熱量能力的指標。K值越小,圍護結構的傳熱能力越低,其保溫隔熱性能越好。
(2)熱惰性指標(D):表征圍護結構對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標,其值等于材料層熱阻與蓄熱系數(shù)的乘積。D=S×R,其中S為材料蓄熱系數(shù)W/m2K,R為材料熱阻m2K/W。D值越大,溫度波在其中的衰減越快,圍護結構的熱穩(wěn)定性越好,越有利于節(jié)能。
(3)遮陽系數(shù)(SC):實際透過窗玻璃的太陽輻射得熱與透過3mm透明玻璃的太陽輻射得熱之比值。它是表征窗戶透光系統(tǒng)遮陽性能的無量綱指標,其值在0~1范圍內變化。SC越小,通過窗戶透光系統(tǒng)的太陽輻射得熱量越小,其遮陽性能越好。
(4)窗墻面積比(W/W):窗戶洞口面積與其所在外立面面積的比值。一般說來,窗墻面積比越大,建筑物的能耗也越大。
我國地域廣闊,各地氣候條件差別非常大,全國劃分為五個氣候區(qū):嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)到溫和地區(qū)。建筑節(jié)能對不同氣候區(qū)域的建筑圍護結構的保溫隔熱要求有著不同的規(guī)定。
如:華東三省一市(江蘇、浙江、安徽、上海)大部分屬于夏熱冬冷地區(qū)(除江蘇省淮陰市以北),根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》,該地區(qū)的圍護結構傳熱系數(shù)(K)要求:屋面≤0.70;外墻及底面架空或外挑樓板≤1.0;外窗(包括透明幕墻,窗墻面積比≤0.7)≤2.5~4.7;遮陽系數(shù)限值 ≤0.40~0.55。
節(jié)約資源是我國的基本國策。近年來,國家就節(jié)約資源特別是節(jié)約能源頒布了一系列的法規(guī)和規(guī)范,如: 《中華人民共和國節(jié)約能源法》(2007年人大第三十次會議修訂)、《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2005、《建筑節(jié)能工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50411-2007; 《建筑照明設計標準》GB 50034-2004等。
節(jié)約能源(簡稱節(jié)能)是指加強用能管理,采取技術上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施,從能源生產到消費的各個環(huán)節(jié),降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費,有效、合理地利用能源。
《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2005的頒布執(zhí)行,明確了公共建筑能耗主要體現(xiàn)在建筑圍護結構以及采暖、通風、空調和照明能源消耗,明確了將改善建筑物的圍護結構保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風和空氣調節(jié)設備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設備效率。在保證相同的室內環(huán)境參數(shù)條件下,采用符合標準的建筑節(jié)能設計的建筑與沒有采取節(jié)能措施的建筑相比,全年總能耗應減少50%,其中:圍護結構分擔節(jié)能率約25%~13%;空調采暖系統(tǒng)分擔節(jié)能率約20%~16%;照明設備分擔節(jié)能率約7%~18%。由此可見,按照《公共建筑節(jié)能設計標準》節(jié)能的目標要求,節(jié)能的潛力和效果是極為顯著。國家《公共建筑節(jié)能設計標準》是現(xiàn)行建筑節(jié)能設計主要依據(jù)和準則。
2 數(shù)據(jù)中心的特征特點
數(shù)據(jù)中心通常是指在一個物理空間內(可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理,而計算機設備、服務器設備、網(wǎng)絡設備、通信設備、存儲設備等通常被認為是數(shù)據(jù)中心的IT關鍵設備。數(shù)據(jù)中心的基礎設施是指為確保數(shù)據(jù)中心的IT關鍵設備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運行而建設配套的基礎工程(機房工程),數(shù)據(jù)中心基礎設施的建設首要目的是為數(shù)據(jù)中心中的IT關鍵設備運營管理和數(shù)據(jù)信息安全,提供24×7的保障環(huán)境。
在數(shù)據(jù)中心中,為了業(yè)務與信息的處理要求,IT關鍵設備通常需要進行24×7的運行,IT關鍵設備的運行,消耗大量的電能,產生出大量的熱量,為了保持 IT關鍵設備運行在規(guī)定的環(huán)境要求范圍內,又需要通過基礎設施設備(精密空調設備)的運行,來維持IT關鍵設備對(溫度濕度)環(huán)境的要求,這時,精密空調設備制冷又消耗了大量的電能。同時,數(shù)據(jù)中心被安置在一個建筑物內,圍護結構的熱工性能,也直接影響著室內環(huán)境的(溫度、濕度)狀況。另外,運營與維護過程的管理有效性,也是影響數(shù)據(jù)中心能耗的一個方面。
數(shù)據(jù)中心的節(jié)能是近年來逐漸被各方所越來越重視的一個事項,也是一個符合國情要求的重要發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能,相對于其他能源種類而言,主要是體現(xiàn)在電能的節(jié)約和利用上。
3 總體設計的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設中,總體設計是依據(jù)建設需求、法律法規(guī)、工程標準,運用新一代數(shù)據(jù)中心設計理念以及可實現(xiàn)技術,確定數(shù)據(jù)中心建設的整體思路、總體構架和技術策略,以實現(xiàn)建設目標包括節(jié)能目標。
數(shù)據(jù)中心建設在總體設計中,主要從總體擁有成本、總體空間規(guī)劃、合理氣流組織、系統(tǒng)融合構建等方面考慮節(jié)能途徑與節(jié)能措施。
數(shù)據(jù)中心的建設作為一項工程,其建設需要投資,運營也需要費用。數(shù)據(jù)中心建設工程的總體擁有成本包含從建設期到運營期的總體成本,包括:設施建設成本、設備系統(tǒng)成本、軟件系統(tǒng)成本、維修維護成本、日常運營成本、人力資源成本等。而在現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心日常運營成本(主要是能耗成本)占總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下,數(shù)據(jù)中心的總體設計更需要關注工程先期設計的合理性和適用性,充分地考慮如何在建設期和運營期,降低數(shù)據(jù)中心的日常運營成本——能耗成本,即降低數(shù)據(jù)中心的總體擁有成本,以提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟效用比。
數(shù)據(jù)中心可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分,包括主機房、支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)。數(shù)據(jù)中心合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是依據(jù)建設需求進行總體設計的第一步,也是重要的一步,總體規(guī)劃確定數(shù)據(jù)中心的等級規(guī)模和系統(tǒng)構成,空間與平面布局確定機房的場地的分隔、工作的流程以及建設的工藝?,F(xiàn)行數(shù)據(jù)中心采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積(架高、凈高、層高)、人機區(qū)域分離、區(qū)域集中監(jiān)控等,都是新一代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局所崇尚的設計理念與節(jié)能策略。
數(shù)據(jù)中心平面布局中,主機房內各IT關鍵設備區(qū)域用房應集中布置,其他支持區(qū)和輔助房室內溫、濕度要求相近的房間,宜相鄰布置。在數(shù)據(jù)中心IT關鍵設備區(qū)域布置中,應根據(jù)IT關鍵設備種類、系統(tǒng)成組特性、設備的發(fā)熱量、機柜設備布置密度、設備與機柜冷卻方式等,合理地考慮機房區(qū)域、機柜列組、機柜內部這三個層面的精密空調設備制冷的氣流組織。包括空調設備的位置布置、送回風方式、送風口設置、回風口設置等。采用“冷端”與“熱端”的送回風通道、平衡和散列高密度機柜中的設備布置等是主要的氣流組織節(jié)能策略。
由總體規(guī)劃、空間與平面布局的建設設計,到動力配電、暖通空調關鍵系統(tǒng)的設計,再到其他配套系統(tǒng)的設計。需要考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)間的融合構建(適當?shù)南到y(tǒng)集成),這樣能夠提高數(shù)據(jù)中心建設的整體性能和綜合效能。
4 建筑的節(jié)能途徑與措施
通常數(shù)據(jù)中心作為一個建筑單體(為少數(shù),如:IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心)或公共建筑中的一部份(為多數(shù),占公共建筑物中的一個局部區(qū)域)的形式構建。在數(shù)據(jù)中心中,通過精密空調設備的運行來確保IT關鍵設備運行需要特定的溫濕度環(huán)境,所以,數(shù)據(jù)中心建筑物的建筑護圍的熱工特性是影響精密空調設備效能的重要因素,是節(jié)能的重點關注對象。
圍護結構是指建筑物各面的圍擋物,如墻體、屋面、地面和門窗等。圍護結構分非透光圍護結構(墻體、屋面、地面)與透光圍護結構(玻璃門窗、玻璃幕墻)。熱橋是指圍護結構兩側在溫差作用下,形成熱流密集的傳熱部位。
通常,表征建筑物圍護結構熱工性能的有下列幾個指標:
(1)傳熱系數(shù)(K):在穩(wěn)態(tài)條件下,圍護結構兩側空氣溫度差為1℃,單位時間內通過1m2面積傳遞的熱量。單位:W/m2℃。它是表征圍護結構傳遞熱量能力的指標。K值越小,圍護結構的傳熱能力越低,其保溫隔熱性能越好。
(2)熱惰性指標(D):表征圍護結構對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標,其值等于材料層熱阻與蓄熱系數(shù)的乘積。D=S×R,其中S為材料蓄熱系數(shù)W/m2K,R為材料熱阻m2K/W。D值越大,溫度波在其中的衰減越快,圍護結構的熱穩(wěn)定性越好,越有利于節(jié)能。
(3)遮陽系數(shù)(SC):實際透過窗玻璃的太陽輻射得熱與透過3mm透明玻璃的太陽輻射得熱之比值。它是表征窗戶透光系統(tǒng)遮陽性能的無量綱指標,其值在0~1范圍內變化。SC越小,通過窗戶透光系統(tǒng)的太陽輻射得熱量越小,其遮陽性能越好。
(4)窗墻面積比(W/W):窗戶洞口面積與其所在外立面面積的比值。一般說來,窗墻面積比越大,建筑物的能耗也越大。
我國地域廣闊,各地氣候條件差別非常大,全國劃分為五個氣候區(qū):嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)到溫和地區(qū)。建筑節(jié)能對不同氣候區(qū)域的建筑圍護結構的保溫隔熱要求有著不同的規(guī)定。
如:華東三省一市(江蘇、浙江、安徽、上海)大部分屬于夏熱冬冷地區(qū)(除江蘇省淮陰市以北),根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》,該地區(qū)的圍護結構傳熱系數(shù)(K)要求:屋面≤0.70;外墻及底面架空或外挑樓板≤1.0;外窗(包括透明幕墻,窗墻面積比≤0.7)≤2.5~4.7;遮陽系數(shù)限值 ≤0.40~0.55。