数据中心新型保温技术的探索和实践

金培祁 陈养辉

(1.中国电信股份有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000;2.中兴通讯股份有限公司 浙江杭州 310012)

2020 年，国家发改委发布了《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》，意见明确指出为推动数据中心绿色高质量发展，要集中力量建设全国算力枢纽体系。一体化大数据中心将数据中心、网络、云、大数据、人工智能和网络安全融为一体，国家和地方分别出台政策引导大型数据中心向枢纽集群聚集建设。预计到2023年底，算力枢纽节点规模将达到70%。构建低碳绿色的高质量算力服务体系，加快数据中心“双碳”目标落地，数据中心的建设紧盯节能技术发展，结合用户需求和业务发展规划，不断对各项新技术进行积极评估，在试点一体化电源、高压直流、巴拿马电源、液冷、热管多联、空气处理机组（Air Handling Unit，AHU）等方面加大探索的同时，更需要对数据中心本身的保温技术与保温材料进行重新关注。中国电信以浙江创新园项目为载体，积极试验探索陶瓷真空微珠气保温隔热涂层技术新材料在数据中心的应用，创建绿色节能环保的算力中心。

1 数据中心对节能要求的趋势和特点

工业和信息化部发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2013年）》中指出，建设的新型数据中心要为经济社会数字转型提供支撑，要牢牢把握以智能升级、融合创新为导向。计划明确提出要打造的新型数据中心发展格局要呈现绿色低碳、技术先进、布局合理、算力规模与数字经济增长相适应[1]。

为适应国家对数据中心的规范化的要求各地相继出台了一系列节能增效的政策和指导意见，各地的数据中心呈现出PUE（PUE 值是指数据中心消耗的所有能源与IT 负载消耗的能源之比）逐步降低、能源利用率逐步提高。例如：深圳市提出重点能效单位建设的数据中心要提供可视化的能耗在线管理系统，统一全部接入全省能耗管理平台，同时对于存量改造的数据中心要以高能效代替低能效、以大规模代替小规模、以新技术代替陈旧技术；上海市要求新建数据中心PUE严格控制在1.3以内，存量改造数据中心PUE不得超过1.4 的指标；北京市已经全面提出对PUE 值在1.4 以上新建和扩建互联网数据服务、存储支持和信息处理服务禁止新建和扩建数据中心[2]。

目前，针对数据中心的节能减碳技术，行业关注重点是电源、空调能效，主要措施为高耗能老旧空调更新，引入高效节能技术，对电源、空调设备进行节能技术改进。但随着设备类节能技术的不断应用，进一步降低数据中心PUE 水平的难度加大，行业需要重新关注建筑本身的节能技术，重点为外墙保温技术与主机房的保温技术。

数据中心机架设备作为能耗大的设备，除了机架设备的能耗外，设备运行过程中产生的高热量的制冷和冷却也占能耗的很大比例。因数据中心机房全年不间断运行，机房内制冷设备也需同时维护着机房的制冷和冷却。无论是从机房的节能制冷和恒温的角度，还是为了防止建筑内相邻的不同功能的房间因温差而凝结，数据机房维护结构的保温方法都是必不可少的。从绿色数据中心建筑的节能方面考虑，数据中心建设设计中要从建筑热工采用节能措施，尤其是在装饰材料选择上，产品一定要采用绝热性能好的，如在内衬吸音保温材料的铝合金微孔吊顶、墙面彩钢板上重点考虑，从而避免能源的散失[3]。

2 数据中心主机房保温现状与痛点

建筑能耗占全球最终总能耗的36%，由此产生的碳排放几乎占碳排放总量的40%。建筑运行能耗、建材的隐含和运输碳排放都对碳排放总量有贡献。据《中国建筑节能协会2020年研究报告》表明：2018年全国建筑全寿命周期碳排放总量占全国能源碳排放总量的51.2%，其中，建筑运行阶段碳排放占建筑全寿命周期碳排放总量的42.8%，占全国能源碳排放总量的21.9%。建筑运行阶段的节能已成为建筑碳减排的重要组成部分[4]。

目前，国内主流使用的传统建筑墙体保温材料是岩棉，其次是苯板和挤塑板等材料。本文以中国电信浙江创新园项目为例，该项目地处比较典型的夏热冬冷区域，在保证基本气温气候条件下，减少阳光透窗视影面积，但要保证门窗的气密性。项目通过实施如加装密封条等措施来改进门窗产品结构以此提高门窗气密性，同时利用其他手段来改善建筑的保温性能从而有效缓解建筑物的冷热负荷。由于数据中心大多建筑都是一次性建设，机电配套工程都为按需建设，所以存在机房间的温差，导致主机房冷凝现象的产生。而在土建施工中已经完成顶面烟感与温感火灾探测器，硅酸钙板加岩棉的施工需要拆除探测器，保温层施工复杂度也大大增加，对工程整体进行管理增加难度。

数据中心建筑物本身不产生温度，但数据中心的温度会伴随着周边自然环境对建筑物体的传导渗透发生变化，但要明确建筑节能不等同于给数据中心穿棉袄，也不是穿厚点节能效果会更好。数据中心目前主流保温屋面呈自下而上的基本构造：现浇钢筋砼屋面板20厚1∶3水泥砂浆找平、一道聚氨酯防水涂料、泡沫混凝土垫层。K（屋顶传热系数）=1/Ro=0.70 W/（m2·k），满足《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）和《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）中的规定[5]。外墙是自内而外的基本构造：240厚蒸压加气混凝土砌块外贴保温装饰一体板（20厚岩棉），外墙、结构梁、结构柱等外墙构建权衡计算后，K=1/Ro=0.88 W/（m2·k），满足《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）和《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）中K≤1.1 W/（m2·k）的规定[6]。

3 数据中心主机房保温新材料的探索与实践

作为中国电信在浙江数据中心行业的标杆工程，中国电信浙江创新园项目在施工建设中，积极同行业保温厂家交流与探讨，研究探索喷涂施工工艺在保温工程上的应用，经过长时间的研究与试验，积极推进陶瓷真空微珠气保温隔热涂层技术新材料在数据中心的应用实践。作为一种新型建筑节能技术材料，陶瓷真空微珠保温隔热涂层，是基于热工原理的基础进行研发的节能技术产品，针对自然环境中太阳辐射所产生不同波长对建筑物的影响进行分析[7]，将太阳光所发射出辐射波的中0.2～8 μm长波段的热力波阻隔掉（该波段占太阳辐射热量的90%以上），同时用含有陶瓷真空微珠和气凝胶为主材的薄体保温隔热材料，在外表面喷涂后形成矩阵真空结构层，形成一道物理阻隔结构层隔断了自然环境中的热辐射对建筑物墙体传导和渗透，具体见图1。

图1 陶瓷真空微珠矩阵真空结构图

陶瓷真空微珠保温隔热涂层由陶瓷真空微珠、气凝胶等主要材料组成，分为两道材料工序具体见图2。A道材料主要起到两个作用：第一，渗入墙体充填混凝土表层孔隙或毛细孔隙，阻止外界的酸性气体、有害水、二氧化碳等物质的侵入，强化基面；第二，A道材料提供亲水基团，与B道材料生成刚性网络结构。此外，B 道材料还含有改性苯丙乳液，且干燥后形成柔性网络结构。因此，刚性网络与乳液固化形成的柔性网络穿插交织，可使主要起到保温作用的第二组分牢固地附着在建筑墙面。

图2 保温隔热层作用图

B 道材料含有高含量的陶瓷真空微珠与气凝胶，对建筑外墙起到隔热保温的作用。同时，形成稳定的透气网膜，能阻止外界有害物质对墙体的侵害，允许有害水汽的向外扩散，不易起皮脱落，耐用性持久。

4 新型保温材料的优势与自身技术特点

4.1 对比传统材料

与传统建筑保温材料相比，陶瓷真空微珠保温隔热涂层材料不空鼓、不开裂、不剥落、A1 级燃烧性能，并且材料组分多为无机材料，施工成型之后能长期保持性能的稳定、可靠。实际施工以喷涂的方式为主，与传统材料的批刮或安装相比，大大降低了施工难度，缩短了工程周期，具体情况见表1。材料施工完成后，可形成连续性界面，改善冷热桥。能够适应各类边角与异型部位；材料具有弹性，拉伸性能卓越；粘结性强，适应不同基层[8]。

表1 与传统建筑保温材料对比的主要优势

4.2 自身技术特点

新型材料自身的优点和技术特点有很多，总结为“五防三省”，具体如下。

4.2.1 五防

（1）防火。涂层中含有大量憎水材料，通过封闭墙体基层的细小裂纹，给墙体增加一道防水性能的“保护衣”。

（2）防水。陶瓷真空微珠保温隔热涂层通过国检中心的燃烧性能指标检测，达到A1 级燃烧性能，具备在外墙、内墙及楼板使用的安全性。

（3）防裂。陶瓷真空微珠保温隔热涂层具有一定韧性，根据国检中心建材院的检测，涂层的断裂伸长率达190%以上，能有效防止涂层开裂。

（4）防霉。材料组分均为无机材料，只在特定的高温、高压环境下才会发生化学或物理反应。施工成型之后能长期保持性能的稳定及可靠。

（5）防脱落。具有超强的粘结性能，能够适应各类基层的同时，采用了薄体保温技术，自重极轻，从而杜绝了脱落状况的产生。

4.2.2 三省

（1）省工期。陶瓷真空微珠保温隔热涂层采用喷涂施工，施工方便快捷；同时采用了快干技术，A道2 h即可表干，喷完B 道养护2～3 d 即可后续施工，可缩短工期70%及以上。

（2）省人力。陶瓷真空微珠保温隔热涂层施工采用方便的喷涂方式，通常两个工人可施工500～1 000 m2/d。因此，对于相同面积的工程来说，可以显著减少人员需求，降低人力成本。

（3）省成本。陶瓷真空微珠保温隔热涂层的材料为预制桶装，具有易运输、堆场小、无损耗、施工快、人力少等特点。同等保温性能下，较传统保温材料，可降低综合成本10%～15%。

5 保温技术研究新材料在数据中心的应用前景

以中国电信浙江创新园项目为实践，积极探索数据中心保温技术研究新材料应用，数据中心建筑本身和主机房的维护结构保温材料使用量非常大，而服务器、交换机等信息系统防火要求又极为严苛，在过去的10年中，数据中心为确保能源效率和可靠性做出了相当大的努力。目前，由于信息技术产业的发展，需要处理的数据量呈指数级增长，数据中心建设也在不断增加以满足这一需求。保证可靠性和效率的关键之一是保温材料的选择[9]。

6 结语

“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”技术材料，保温隔热的性能优异、材质轻薄、施工简便，且全组分采用无机材料制成，无毒、无害、无甲醛挥发，达到绿色建材三星级标准。在国家绿色建筑的大背景下，市场前景一片大好。本文探索与实践的陶瓷真空微珠气保温隔热涂层技术新材料，针对数据中心保温材料的选择和具体做法进行全面的剖析和阐述，并为今后数据中心保温材料提供理论支持和借鉴意义。