前言
沿着智能化、标准化、模块化和预制化的发展道路，腾讯于2015年起开始逐步研究和实践新型第四代数据中心T-block技术。面对T-block产品化和高效散热的需求，鹅厂“巧借东风”采用了“巽风之道”，即创新性的使用了间接蒸发冷机组作为主要的节能手段（图1）。间接蒸发冷技术可以利用高效换热芯体隔绝室内外空气进行换热，在保证室内空气质量的前提下充分利用自然冷源，而其紧凑的产品形式也确保了与T-block的完美结合，保存了高效快速的交付潜力。
（图1 间接蒸发冷却机组示意图）
从2015年起，腾讯在贵阳筹建了西部实验室，进行间接蒸发制冷技术产品化的落地验证。这项举措不仅仅推动了腾讯数据中心产品化的进程，同时也拉开了国内数据中心间接蒸发制冷技术应用的序幕，催生了国内间接蒸发冷却产品的产业生态。后续腾讯在光明和重庆项目中落地了T-block的规模应用，腾讯的间接蒸发制冷机组在国内率先进入到了大规模部署阶段。
（图2 腾讯T-block 架构与间接蒸发冷机组的演进路线）
2020年开始，腾讯第四代T-block 大园区在全国遍地开花。以此为契机，腾讯在间接蒸发冷机组的应用上积累了大量的运营数据和维护经验。图3展示了腾讯清远T-block 数据中心某模组的运营PUE数据，在21年5月-22年5月期间，此模组的IT负载率维持在80%左右，实测的年均PUE低于1.25。搭载间接蒸发冷技术，该模组的全年CLF数据（图4）显示出了与机房PUE一致的趋势，随着季节和室外气温的变化而波动。在过去一年，此模组的实测平均CLF值低至0.18。
（图3 腾讯清远T-block数据中心某模组一年的运行PUE曲线）
（图4 腾讯清远T-block数据中心某模组一年的运行CLF曲线）
作为5年的“资深用户”与持续的“创新者”， 腾讯今年下半年也将推出自主研发的新一代间接蒸发冷机组-巽齐空调（T-XUNQI）。下面结合以往在建设和运营过程中发现的痛点，从创新的系统设计和优化的控制逻辑两个层面，分享腾讯在间接蒸发冷机自研产品上实现超高能效的新思路。
（图5 腾讯自研的间接蒸发冷空调机组-巽齐空调）
01
通过创新的系统设计实现产品能效提升
在间接蒸发冷却机组中，需要配置机械制冷进行补冷，而补冷用的蒸发器通常采用一对一单独布置，依次排开布满整个内循环送风通道。机组正常工作时，机械补冷系统大部分时间会运行在部分负荷工况下（如图6左侧，如只有系统1启动，则只使用50%的蒸发器有效使用面积）这会导致机组出风温度不均匀。此时需要更低的蒸发温度、更高的压缩机转速和更大的风量，才能达到机组的额定制冷量，从而导致产品在全年中较长时间处于能效相对较低的工作状态。腾讯的巽齐空调将压缩机补冷系统的蒸发器设计为交叉布置方式（如图6的右侧），使机械制冷单系统的迎风面积达到内循环截面的50%，双系统迎风面积达到内循环截面的100%，换热面积较传统方案提升2倍。
（图6 腾讯AHU机组交叉式蒸发器布置结构示意图）
在系统核心器件（换热芯体与压缩机）的选型上，巽齐空调还通过考虑自然冷量与补冷量的平衡设计，提升了机组运行的全年能效水平。常规间接蒸发冷机组的选型和测试主要关注的是多种运行模式的固定切换点，例如换热芯体的选型和测试关注的是在极限切换温度点时，芯体侧能否提供全部的自然冷量，此时换热芯体的换热量一般较大（如图7中的绿色选型点所示）。但是通过建立机组能效模型，针对机组的全年运行平均能效参数进行优化，发现换热芯能效最优的选型，并不是机组整体能效最优的点。通过系统能效模拟，综合考虑风机功耗，换热芯换热效率，和DX补冷效率之间的年度运行平衡关系，发现换热芯的最优片间距比行业中类似机组所使用的片间距要大。而适当增大芯体选型的片间距，可以降低机组一次侧循环的阻力，减少全年风机的能耗，即便此时压缩机的全年补冷能耗上升，也可实现更优的整机效率（如图7）。
（图7 腾讯AHU机组自然冷量与补冷量平衡选型点示意图）
02
通过优化的控制逻辑实现产品能效提升
在创新的系统设计的基础上，巽齐空调也着重优化了控制策略，以帮助机组发挥最优的组合运行效能。间接蒸发冷机组在干模式、湿模式和混合模式相互切换和运行的过程中，一般风机需达到最大转速或最小转速才进行工况切换，而在混合工况运行时机组的二次侧风机会根据压缩机冷凝压力调节转速。在这个控制策略下，机组的风机无法达到最佳效率点，会拖累整机的能效（如图8中的绿色切换点所示）。腾讯创新的控制模式（动态调整二次风机最大转速限制）可以让机组依据外部环境条件和机房负荷动态自行适应切换运行模式，使风机，水泵和压缩机的制冷量能够在总体最佳能效点衔接切换（如图8中的红色切换点所示，风机运行在一定的转速下就提前切换）。同时在机械制冷模式下，机组的制冷量由外风机和压缩机共同分担，采用区间扰动寻优算法使得风机与压缩机的总功率处于最优点。实测显示，巽齐空调独特的风机调速策略可助力机组在典型工况下运行的能效提升高达20%。
（图8 腾讯AHU机组自适应切换运行模式控制点示意图）
巽齐空调也通过压缩机启停的控制策略优化确保了机组模式切换时的送风温度稳定性。腾讯在压缩机系统的启停过程中采用了前馈技术，预先判定了混合模式切换中会引起的制冷量的变化量，从而提前对机组加减载后的机组频率进行预设，解决了机组自动运行中送风温度较大波动的问题，实现全场景下送风温度的波动小于1℃。腾讯在机组焓差测试过程中进行了全环境工况的自动运行测试，如图9所示，机组运行中的送风温度十分稳定。焓差测试数据显示，在自动模式下，机组的运行能效水平均可达到或优于理论的设计值。
（图9 腾讯AHU机组自适应切换运行焓差测试数据记录）
从上述的蒸发器布置方案，核心器件平衡选型，室外侧风机调速策略和压缩机启停控制策略四个方面来看，相比常规间接蒸发冷却机组，巽齐空调可以大幅提升机组的运行能效。使用焓差实验室的实测数据评估，巽齐空调在华南地区机组的年均CLF可实现低至0.125（基于清远地区气候，22度送风, 35度回风的机房工况）。
小结
间接蒸发冷AHU产品的成功落地实践证明了腾讯T-block 架构是切实可行且优异的一种数据中心预制化模块方案。至今，腾讯T-block数据中心与间接蒸发冷机组已经携手走过了5年，腾讯通过全国各地大量的交付、运营案例不断定义AHU产品的最佳实践，同时也在机组的运行能效和可靠性等方面实现了推陈出新。本篇着重介绍了提升机组能效的一些方法，下篇将从机房连续制冷、机组维护、水资源利用等方面为大家剖析腾讯在运行可靠性上的创新点。
腾讯自主研发的新一代间接蒸发冷机组-巽齐空调（T-XUNQI）在实现了前文所述的创新之外，也搭配T-block架构，从设计到运维，全周期提供了更加优化的系统解决方案。后续文章将带来更多关于T-Block间接蒸发冷产品的解密，包括运营增效方案、数字孪生模型及能效诊断，质量管理与运维体系等内容，敬请期待！
