伴隨大語言模型等爆發(fā)，智能化、數(shù)字化發(fā)展在算力上的需求持續(xù)提升，數(shù)據(jù)中心規(guī)模正不斷擴(kuò)大。據(jù)科智咨詢發(fā)布的《2022-2023年中國IDC行業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》，自2023—2025年，中國整體IDC業(yè)務(wù)將保持30%以上的增長速度，以為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供算力支撐。但從綠色發(fā)展的角度看，這也將帶來更大的能源與碳排壓力，數(shù)據(jù)中心必須加快節(jié)能減碳。
這其中，提升數(shù)據(jù)中心中第二大能耗源——制冷的效率是核心關(guān)鍵。而我國幅員遼闊，自然環(huán)境差異大，在不同地區(qū)需要匹配相應(yīng)的制冷方式，才能充分利用自然資源，同時(shí)，因制冷產(chǎn)生的余熱資源也應(yīng)得到更加充分的利用，這樣才可以大限度的實(shí)現(xiàn)綠色化。目前，相關(guān)機(jī)構(gòu)與企業(yè)在西藏這一高海拔地區(qū)的數(shù)據(jù)中心上已經(jīng)取得了較好的研發(fā)成果。
據(jù)“高海拔地區(qū)數(shù)據(jù)中心直接蒸發(fā)冷卻與余熱回收關(guān)鍵設(shè)備與系統(tǒng)技術(shù)”項(xiàng)目科技成果鑒定會，美的樓宇科技與西藏寧算科技集團(tuán)、西安工程大學(xué)黃翔教授蒸發(fā)冷卻科研團(tuán)隊(duì)通力合作、應(yīng)用于西藏寧算數(shù)據(jù)中心的熱回收直接蒸發(fā)冷卻方案，可大幅度提高蒸發(fā)效率、降低能耗，系統(tǒng)全年CLF（制冷負(fù)載系數(shù)）可達(dá)0.05，熱回收效率高達(dá)33.6%。
西藏?cái)?shù)據(jù)中心高效制冷的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)
西藏土地資源、清潔能源資源豐富、開發(fā)潛力巨大，這為數(shù)據(jù)中心在西藏的布局奠定了重要的資源基礎(chǔ)，就地建設(shè)可滿足非實(shí)時(shí)性算力需求的條件。而在制冷方面，西藏同樣有著與之相匹配的豐富資源，“干空氣能”。
據(jù)了解，由于干燥空氣可以容納較多水蒸氣，而水蒸發(fā)成氣體會吸收熱量，因此，干空氣在由干變濕的過程中，能為空調(diào)提供所需要的能量，這種干燥空氣所具有的能量就是“干空氣能”。西藏室外空氣質(zhì)量良好、空氣干燥、晝夜溫差大、濕氣溫度低，蒸發(fā)效率高，是我國“干空氣能”最富足的地區(qū)之一，與蒸發(fā)冷卻這種制冷方式極為契合。
不過，想要充分利用“干空氣能”制冷，在西藏等高海拔地區(qū)建設(shè)數(shù)據(jù)中心卻并非易事。如高海拔制約空調(diào)制冷量。西安工程大學(xué)教授黃翔表示，高海拔地區(qū)空氣密度小，空氣相對稀薄，這會導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組里進(jìn)入的空氣量受到一定限制，進(jìn)而影響機(jī)組的制冷量，降低制冷效率。
再比如，高海拔地區(qū)太陽輻射高，對相關(guān)制冷設(shè)備要求高。黃翔指出，為保障數(shù)據(jù)中心運(yùn)行安全，避免高太陽輻射熱影響，高海拔地區(qū)的空調(diào)機(jī)組箱體的板材等需要進(jìn)行特殊處理；蒸發(fā)冷卻的填料和水箱等也需要進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)，避開太陽輻射熱的長波直射。
由此可見，西藏在建設(shè)數(shù)據(jù)中心上有著巨大的資源優(yōu)勢，且具備實(shí)現(xiàn)高效制冷的基礎(chǔ)條件，不過也面臨著制冷量受制約、太陽輻射影響大等挑戰(zhàn)。
直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案提升制冷效率、變廢為寶
面對在西藏應(yīng)用蒸發(fā)冷卻的諸多問題，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、廠商等對此進(jìn)行了多項(xiàng)針對性的研究，并將相關(guān)解決方案應(yīng)用到實(shí)踐中，此次鑒定會中的直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案可謂其中代表。
美的樓宇科技水機(jī)產(chǎn)品公司研發(fā)總監(jiān)駱名文表示，根據(jù)西藏特點(diǎn)，直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案進(jìn)行了一系列優(yōu)化。如針對空氣稀薄，方案中對機(jī)組空氣流道進(jìn)行了改進(jìn)，提高了空氣量，提升了制冷效率；針對高輻射問題，方案采用了耐厚設(shè)計(jì)，提升材料附著力，保證了數(shù)據(jù)中心安全可靠運(yùn)行。同時(shí)，方案將余熱資源考慮進(jìn)去，將熱量與水產(chǎn)養(yǎng)殖等結(jié)合。通過熱回收進(jìn)一步減少了碳排放，滿足了西藏地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與居民生活需要。
經(jīng)過持續(xù)研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用改進(jìn)，直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案越發(fā)成熟。最終，方案主要實(shí)現(xiàn)了三方面的創(chuàng)新：
一，建立了數(shù)據(jù)中心夏季冷卻所需求的冷量與冬季加熱所需求的熱量匹配的最優(yōu)算法。該算法從充分提高自然冷卻與余熱利用效率出發(fā)，在數(shù)據(jù)中心風(fēng)系統(tǒng)側(cè)通過熱通道封閉的有效氣流組織設(shè)計(jì)，顯著提高空調(diào)排風(fēng)溫度；在水系統(tǒng)側(cè)通過水源熱泵梯級提高供水溫度；
二，研發(fā)了高海拔地區(qū)數(shù)據(jù)中心專用型直接蒸發(fā)冷卻與余熱回收機(jī)組和控制方法。該設(shè)備采用了完全自然冷卻+余熱回收的多種運(yùn)行模式、合成纖維復(fù)合高分子填料，在高海拔室外氣象條件下顯著提高了蒸發(fā)效率和降低能耗，拓展數(shù)據(jù)中心自然冷卻的工作范圍，全年CLF可達(dá)0.05，節(jié)能效果顯著；
三，研發(fā)了利用數(shù)據(jù)中心蒸發(fā)冷卻空調(diào)排風(fēng)余熱回收系統(tǒng)，應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖，熱回收效率達(dá)33.6%，有利于改善高海拔地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境。
西藏寧算數(shù)據(jù)中心因此充分利用了高海拔地區(qū)的資源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了更大程度上的節(jié)能減碳，形成了良好的生態(tài)系統(tǒng)。
西藏資源稟賦正轉(zhuǎn)化為商業(yè)競爭力
通過應(yīng)用直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案，西藏寧算數(shù)據(jù)中心對清潔能源的利用程度進(jìn)一步提升，有助于成本的降低，更加符合低碳運(yùn)行的要求，有利于計(jì)算能力的提升，能夠更好地承接算力需求，這也促進(jìn)了西藏寧算數(shù)據(jù)中心市場的開拓。
西藏寧算科技集團(tuán)有限公司董事長蔣寧表示，當(dāng)前離線計(jì)算仿真訓(xùn)練、大模型訓(xùn)練等日益增多，這需要大量的非實(shí)時(shí)性算力支撐，且在低成本上有著更迫切的需要。但伴隨芯片計(jì)算能力越強(qiáng)，功耗便越大，在能源與制冷上的需求越高。
西藏的優(yōu)勢在此時(shí)便逐步顯現(xiàn)出來。一方面，清潔能源數(shù)量龐大，根據(jù)西藏“十四五”規(guī)劃，2025年西藏要建成國家清潔可再生能源利用示范區(qū)，其中水電已建和在建裝機(jī)容量將突破1500萬千瓦，光伏太陽能裝機(jī)容量將突破1000萬千瓦，能夠滿足數(shù)據(jù)中心的能源要求，并建立起成本優(yōu)勢；另一方面，資源利用效率提升，直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案等提升了制冷效率，并將余熱利用起來，在低成本的情況下實(shí)現(xiàn)了高效制冷，有助于數(shù)據(jù)中心提升效率，滿足更多算力需求。兩方面結(jié)合之下，西藏的資源稟賦將轉(zhuǎn)化成商業(yè)競爭力。
在此情況下，西藏寧算數(shù)據(jù)中心的市場將越發(fā)廣闊，目前，國內(nèi)市場之外，還在積極拓展南亞市場。
蔣寧指出，尼泊爾等南亞國家機(jī)房規(guī)模普遍較小，且PUE極高，大多在2.5以上，因此，使用了直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案的西藏寧算數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢明顯。通過云平臺及陸地光纖，西藏寧算數(shù)據(jù)中心目前已經(jīng)為尼泊爾客戶提供服務(wù)，并計(jì)劃將尼泊爾作為轉(zhuǎn)接點(diǎn)，進(jìn)一步把西藏質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的存儲、計(jì)算能力輸出到南亞各國。
數(shù)字化時(shí)代，算力是核心生產(chǎn)力，為推動(dòng)算力水平，提高資源使用效率，必須因地制宜推動(dòng)清潔能源豐富地區(qū)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，且要持續(xù)加快技術(shù)及相關(guān)方案創(chuàng)新，提升制冷效率，以充分利用資源，降低使用成本。直接蒸發(fā)冷卻熱回收方案正是我國推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向高算力、高技術(shù)、高能效方向發(fā)展的縮影，在技術(shù)推動(dòng)下，我國更多區(qū)域的清潔能源將得到利用，成本低廉、綠色低碳的算力將逐步成為“標(biāo)配”，成為如同水、電一樣即用即可的資源，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。
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