从EER到AEER:数据中心的发展促进机房温控系统标准的升级

文｜深圳市英维克科技有限公司 陈 川

不断上升的运营费用已经成为降低数据中心全生命周期成本的瓶颈，提高数据中心的能效以及增强管理水平是降低全生命周期运营成本的关键，数据中心的建设将更加注重采用低能耗、易管理的技术和方案。

IDG的数据显示，在整个数据中心的运营过程中，温控系统（机房空调）的能耗占比已经达到了40%（大型数据中心的温控系统耗能约占37%，在小型机房及基站中，温控系统耗能约占50%），被列为除服务器、交换设备等主设备之外最重要的节能降耗关键点。因此推动温控系统（机房空调）能效评估标准以及检测方式的升级是降低数据中心能耗以至整体运营成本的有效手段，同时也是引导制造厂家研发、生产新型温控系统（机房空调）及解决方案制定的有力手段。

一直以来，数据中心温控系统（机房空调）的能效评估采用的是空调行业通用的方法：EER（Energy Efficiency Ratio）——空调机组的能效比。能效比EER测试数值确实能反映出机组的整体设计思路以及元器件匹配等技术水平，不断地提高能效比EER的限值，一直是空调行业用以提升产业能效的有效方法。由于数据中心温控系统（机房空调）已经有40多年的发展历史，市面常见的数据中心温控系统（机房空调）已经趋于同质，各厂家机组的能效指标EER也达到一定的水平，因此为提高能效和追求更高的EER值，则需要采用一些高效且昂贵的部件，但这样将不断地提高温控系统（机房空调）的制造成本，无疑会使数据中心的建设成本大大提高。因此制冷行业的专业人士开始思考，单纯提高EER值是否是提高温控系统（机房空调）能效的最佳方式？是否能适应现代数据中心建设的发展趋势？

越来越多的业内人士已经意识到，采用能效比EER对数据中心温控系统（机房空调）的评估有一定的局限性，它只能反映机组在单一工况条件（夏季）运行的能效，对于舒适性空调等只在夏季工作的空调系统是非常适合的。但是数据中心是每天24小时、全年365天运行的，采用的数据中心温控系统（机房空调）也是需要全年不间断运行的；由于室外环境会有春、夏、秋、冬四季的变化，数据中心温控系统（机房空调）的能效应该是不同的，而采用能效比EER来进行评估，则只能体现出制冷系统在单一季节（夏季）的能效，而无法体现出温控系统（机房空调），采用了适应室外环境变化（其他三个季节），尤其是冬季低温环境以及采用自然冷源技术的机组的实际能效， 因而也无法完全反映出机组全年运行的真实情况，已经不能对数据中心温控系统（机房空调等）的发展起到指导作用。

开始执行的国家标准《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》（GB 19413-2010）中，将采用全年能效比AEER（Annual Energy Efficiency Ratio）替代能效比EER对数据中心温控系统（机房空调）进行限值。

在对原国家标准《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》（GB 19413-2003）进行修订的过程中，专家们已经深切注意到数据中心全年运行的特点以及温控系统（机房空调）的运行环境与舒适性空调以及中央空调有着显著的区别：室内热负荷是相对恒定的，特别是当机房热密度很高，室外温度的变化对室内负荷的影响越来越小，而室外环境温度变化对全年运行能耗的影响能够体现在机房设备本身的能耗变化和制冷量变化上。因此针对数据中心的运营特点，采用新概念——全年能效比AEER对数据中心温控系统（机房空调）的全年能效进行计算，将可以计算出数据中心温控系统（机房空调）的全年制冷能效。

全年能效比 AEER，就是将室外的环境按照一定的比例（10℃）设为间隔区间，增加测点，分别进行EER值的测定，按照温度分布系数（来源全年温度的小时数分布在温度段中的百分比），用以确定每个测试工况点下能效比的权重，最后对每个区间测定的EER值进行加权计算，就得出了机组的全年能效比——AEER值。

由于地点的不同，温度的分布系数相差很大，由此计算出机组的AEER值也会千差万别，无法用于衡量机组的实际能效水平。因此为了能统一进行测试及评估，并能反映出机房空调在室外温度较低情况下的节能性，希望能以某一地的温度分布作为统一核算的基准，如图1所示。

综合考虑各地的温度分布以及数据中心温控系统（机房空调）的运行、使用特点，《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》（GB 19413-2010）的编委最终确定以北京的气象数据作为计算全年能效比AEER的温度分布系数的依据，其余地区可参考实行。对水冷式机房空调的全年能效比，由于冷凝压力的变化范围较小（进水温度和流量阀共同控制），不同工况下的能效比变化不大，就采用A工况的能效比作为全年的能效比。如表1所示。

1 机房空调的全年能效比（AEER）的计算

AEER；全年能效比。

EERa；在A 工况条件下能效比。

表1

Ta-Te；机房A-E工况温度分布系数。

举例说明AEER的计算过程：

例如，一台机房空调测试的各工况点EER值，如表2所示。

表2

温度分布系数，如表3所示。

表3

则本机房空调的全年能效比：

第2代320排螺旋CT机的球管旋转时间为0.3 s，时间分辨率为0.275 s，同时联合三维自适应迭代剂量降低(adaptive iterative dose reduction-3D，AIDR-3D)、自动曝光控制等技术，在保证图像质量的情况下，辐射剂量也较第1代CT机明显降低[6]。目前，尚无针对全肝CTPI在这方面的研究。此外，既往研究中不同CTPI设备、灌注模式的灌注参数差异较大[7-11]，影响病灶的动态随访。因此，本研究分析了两代320排螺旋CT机全肝灌注成像中辐射剂量及灌注参数的差异。

AEER=2.51×7.2% + 3.12×28.1% +3.71×23.1% + 3.76×21.0% + 3.78×20.6%=3.48

一台基站空调测试的各工况点EER值，如表4所示。

表4

基站空调在室外环境温度较低时（低于0摄氏度），一般关闭制冷运行。因此，以Ta、Tb、Tc、Td四个工况点的EER作为计算AEER的依据。

则本基站空调的全年能效比：

AEER=（2.51×7.2% + 3.12×28.1%+ 3.71×23.1% +3.76×21.0%）/（7.2% +28.1% + 23.1%+21.0%）=3.41

2 机房空调的能效比限值

全年能效比AEER表达了数据中心温控系统（机房空调）的实际运行能源效率情况，更准确的表达了能耗状况，并替代了原标准中按制冷量的分段，取消了不同的制冷量段对能效比有不同的限值，仅以不同的冷却形式确定能效比的限值要求。机房空调的全年能效（AEER）比限值。

3 风冷式AEER限值

根据试验测试，某机组在原标准工况下EER=2.5，如果不做改变，根据新国标核算出的AEER=2.9，而2010版的新国标已经将风冷式机组的AEER限值制定到3.0，这样有意地促使生产厂家进一步的提高技术水平。

图1 全国省会城市温度分布图

4 水冷式AEER限值

不同于风冷式的计算方法，水冷式AEER等于A工况（名义工况）的EER，出于以下考虑：

A工况的EER代表了机组的能效水平。A工况EER和其他进水温度下的EER是同步的，也就是说，A工况EER高，其他工况下也高；A工况低，其他工况下EER也低。在较低进水温度下，没有专门的技术或设施来提高能效。

相对于风冷机组，较高能效的水冷式机房空调设计上相对容易。水冷式机房空调的主要应用矛盾在室外冷却水系统。

5 采用全年能效比AEER评估的指导意义

从图2可以看出，同样是能效比EER为2.5的风冷温控系统（机房空调），在环境温度20℃ （Ta, Tb）以上时，能效是看不出差别的。但当环境温度降到20℃以下时，标准风冷系统的能效基本保持稳定，但采用了自然冷源或者适应低温环境技术运行的节能技术后，其能效比与标准风冷机组的差距就会逐步拉大（甚至可以提高到50%以上），经过加权计算全年能效比AEER可以比标准风冷机组高18.6%。

图2

采用全年能效比AEER来评估数据中心温控系统（机房空调），可以开阔开发人员的视野，拓展机组的设计思路，挖掘出设计的潜能；可在机组成本增加不多的情况下，推动制造厂家研究提高低温环境运行的能效以及开发出利用自然冷源的技术，将大大地推动数据中心温控系统（机房空调）行业不断进步和发展。

6 结束语

（1）数据中心的建设将更加关注系统运行的可靠性及能效提高的需求，促进了数据中心温控系统（机房空调）的国家标准升级。

（2）全年能效比AEER的提出可以引导用户关注数据中心以及温控系统（机房空调）全年的能效水平，并可以根据应用环境的不同，选择更适合应用的数据中心温控系统（机房空调）产品。

（3）全年能效比AEER的运用可以引导生产厂家不仅仅注重提高机组在夏季（单一工况）的能效比EER，同时可以采取技术手段提高机组在其他三个季节（多工况）下运行时的能效比EER值，开拓了产品研发的设计思路，拓宽了新技术的应用和空间。

（4）采用全年能效比AEER对数据中心温控系统（机房空调）进行评估，可以推动数据中心更多地采用自然环境冷源。促使生产厂家研制新的技术来实现温控系统（机房空调）可以在一年四季不同的温度条件下，使机组运行都能够达到最高能效。