2020年9月，中国在联合国大会上提出了“双碳”目标：CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2020年12月，中国在气候雄心峰会上进一步提出了实现“双碳”目标的有关举措。“双碳”目标的提出不仅为中国绿色低碳转型指明了前进方向，也为推进全球气候治理注入了新动能。
2022年2月，国家发改委等四部委联合印发通知，同意在8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，“东数西算”工程正式全面启动。
同时，在新基建以及5G、物联网兴起的背景下，网络重构的深入推进，老旧通信设备陆续退网，大量传统通信机房出现闲置，这些闲置机房，甚至一些工业厂房，以及与之配套的电力、空调等基础设施资源亟待盘活。数据中心机房基础设施从投资规模及技术复杂程度上相比传统通信机房均有较大差异。
机房承重、市电容量、电源和空调系统改扩建的可能性是机房基础设施化重构的前提条件，也是改造的难点、节能减碳的重点，现结合项目实例，针对性进行改造分析总结，为数据中心改造提供参考方案。
国家对数据中心能源利用效率提出了新的要求，国务院及工信部、国家发改委、财政部、生态环境部、住房和城乡建设部、国资委、能源局等七部门都对此发布了相应的文件，如：2021年10月24日，国务院发布《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》（国发〔2021〕23号）中提出，工业是产生碳排放的主要领域之一，对全国整体实现碳达峰具有重要影响。工业领域要加快绿色低碳转型和高质量发展，力争率先实现碳达峰。
2021年11月30日，国家发改委、中央网信办、工信部、国家能源局联合印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》（发改高技〔2021〕1742号），有序推动数据中心绿色高质量发展，发挥其“一业带百业”作用，助力实现碳达峰碳中和目标。目标为2025年数据中心运行电能利用效率（PUE）和可再生能源利用率明显提升，新建大型、超大型1.3以下，国家枢纽节点进一步降到1.25以下，绿色低碳等级达到4A级以上等要求。
各省市也对电能利用效率（PUE）提出了新的要求，详见表1。
表1 各省市对数据中心PUE 的要求
但受限于各种现状条件，建筑改造过程中，无法将PUE降至过低。因此，改造机房应结合现状条件，在经济合理的前提下，宜尽量提高能效利用水平，不宜盲目追求过低的PUE水平。
建筑改造过程中，土建规划荷载尤其是屋顶荷载有限，不能满足数据中心的荷载要求是一项常见的问题。主机房活荷载为8 ～12kN/m2，高于一般的建筑荷载2～5kN/㎡；同时，数据中心可能需配备大型空调机组，机电配套设备区域，如空调区域、室外机规划位置、动力设备扩容区域等，规划空间、承重不足。
原有通信机房拟改造为数据中心架构化机房，楼板承重无法满足数据中心架构化机房设备机柜装机需求，楼板、次梁承重难以满足新装设备重量需求，需对机房梁、板加固。
机房梁、板加固的常规解决措施主要有直接加固法和改变传力路径法。本项目采用直接加固法进行机房承重改造。
本项目改造机房的下方用房可进行顶面改造，因此，首先，根据机房结构现状和机柜排列方式、重量等条件，确定加固后承重目标，按弹塑性理论或塑性理论进行构件计算，针对不同部位因地制宜选择经济合理的加固方式。本项目对机房楼板采用粘贴碳钎维的方式进行加固，对楼面次梁采用了粘贴型钢或钢板的方式进行加固，须注意电力电池机房内不应采用粘贴碳纤维加固。楼板、次梁加固均采用板底加固。
对于直接加固法无法解决的机房（如改造机房下方用房无法进行顶面加固改造），当楼板、次梁承载力不能满足通信设备重量要求时，应采用改变传力路径法根据设备安装位置，合理架设钢梁，将其荷载直接传递至框架主梁。
对现有机楼进行大规模加固改造应考虑机房现有条件、改造难度、改造成本，避免影响正在使用的机房甚至大楼整体结构安全，且须符合现行国家、行业标准。
本项目改造完成后，整洁美观，机房承重满足设备装机要求，运营状况良好。机房改造效果图如图1所示。
图1 机房加固改造效果
由于业务发展需求，Z项目拟对机楼五、六层机房进行改造，机房在进行了楼层承重加固改造后净高受限，无法满足常规2200mm高度机架安装要求，针对此情况，需因地制宜地制定经济合理的解决方案以满足装机要求。
为了满足五、六层新机房的用电需求，主楼规划了高压配电室、变压器室和低压配电室，首层新建1套高压配电系统和2台2000kVA变压器，四层新建2套低压配电系统；为满足装机要求，完成四～七楼的承重加固改造和消防系统整改；新建了相应配套的高压直流系统、空调系统、机房电照装修工程等。
机楼五、六层机房原梁下净高为2950mm，进行了上述加固改造后，机房的梁下净高仅为2800mm，用常规的数据机房建设模式进行改造，现有条件难以满足机柜安装需求。
本项目从机柜设计功耗和分区规划角度出发，制定了两种针对性的改造方案：
（1）架空地板下送风+冷通道机柜（或冷通道封闭）。对于单机架功耗较低的IT机柜，在满足设备安装需求的前提下，采用高度为1800mm的IT机柜，机房活动地板高度为500mm，控制走线架层数和高度，最大限度地利用有限的机房净空高度。
（2）列间空调+冷通道封闭。对于单机架功耗较大的IT机柜，可采用高度为2200mm的IT机柜，配置列间空调，进行冷通道封闭，控制走线架层数和高度，最大限度地利用有限的机房净空高度。
本项目改造完成后，各项条件均符合中国电信相关机房建设规范和标准，五、六层已有部分机房投入使用，运营状况良好。机房改造效果图片如图2。
图2 净高受限时改造效果
部分老旧机房由于空调系统形式单一、气流组织不合理，运行存在安全隐患；“大马拉小车”现象严重，系统运行能效低下。系统功能性单一，存在单系统故障隐患；室内外热环境工况下，制冷系统衰减，存在宕机风险，等原因需要进行空调系统置换改造。
对于数据中心，改造过程中一般要求满足设备在线业务需求，保障业务正常运行；匹配业务需求，实现按需输出减少浪费；弹性扩容，按需实施，合理利用现有物理空间解决现有问题的要求。
东莞Y数据中心大楼地上8层，地上建筑面积32670.24m2。中央空调水系统共用1套分水器和集水器，在分/集水器进出口阀门处出现漏水故障时，需要关停整套空调系统方能检修，存在单点故障的风险。
为了保障大厦机楼的制冷安全，设备更换需要不间断连续运行，保证业务实时在线，设计临时管路进行改造。
（1）进行实施前准备阶段详细检查，保证管路、阀门正常运行，制定详细且可靠的割接方案；（2）对应冷冻水泵和冷水机组，需要从原空调系统中单独隔离出来，检查压差旁通阀前后的阀门关闭无误后，根据临时管路路由进行施工；临时管路及阀门安装后的管道需清洗干净后，接入原空调系统，拆除过程中不能影响原空调系统的正常运行、不能破坏设备及保温；（3）分/集水器前后的阀门安装完成后，需对临时管道进行拆除；（4）临时管道拆除时，原拆除的冷水机组对应的软接和压差旁通阀应重新进行安装，同时，软接和压差旁通阀的功能及状态应恢复至拆除前的状态（图3）。
图3 空调系统临时管路系统图
改造期间，在阀门切换时发生末端水流迅速下降的情况，此时，快速恢复原状态，保证末端正常运行。后经核查为管路搭接时，分水器供水管处原应接至阀门后，现场接至阀门前导致水流回流，并无通向末端管路。
因此，在此类管路改造过程中，应特别注意管路搭接的问题，因现场可能增加较多管路，施工难度上升，阀门关系改变，容易造成管路搭接的问题。
核查调整管路后顺利完成改造，同时，在改造前期，改造时不影响大楼日常运行。顺利对故障点，分、集水器进行更换。采用临时管路的改造方法同样适用于其他设备、机组的更换，不受天气情况影响。
老旧综合机房内设备统一朝向、气流组织混乱。另外，当层高不足时，可以调整空调设备和气流组织降低其对层高的需求。
朝向调整：调整每两列机架中的一列设备朝向，调整后两列设备面对面，进风口朝内，散热口朝外。
加装设施：在调整后，两列机架通道上方加装顶盖、空调送风口、两端玻璃推拉门，每两列组成一个封闭冷通道。
安装盲板：改造后的冷通道内，空闲机架位置安装盲板，使冷通道完全封闭，最大程度保证冷气不外溢。
定点送风：对OTN下进风上出风、OLT机架背靠背安装的两类特殊设备，采用管道定点送风，不再进行冷通道改造。
结合各机房条件，安徽省内已实施两地市4个机房，年节约电费27万元。
以X开发区综合机房为例，改造后空调由6台减少到4台，关闭了2台60KW空调，空调设定温度由22℃提升至24℃，机房PUE由1.59下降到1.41，年节约电量约13.6万度，节约电费8.5万元。
变配电系统主要包括市电引入、高压配电、变压器及低压配电系统等，其中市电引入容量是制约数据中心机房的关键资源。
机楼原有一路市电供电，配置1台1250kVA变压器，不能满足机房改造要求，因此，改造为引入2路市电，2台2000kVA变压器。
机楼周边商业用户众多，是片区核心和中心局点。一楼为电力区域、ODF区域；二楼整体规划为数据传输机房、未来网络预留区域及IDC机房。
根据工艺规划，机楼共有3400kW用电需求，现有1250kVA变压器无法满足，因此需进行改造。
本期工程将油机楼二层改造为高低压配电房，安装两台2000kVA变压器与高低压配电柜，工作完成后拆除原1250kVA变压器及高低压配电柜并搬迁。主要包含以下三个部分：（1）市电到院门口环网柜部分，该部分由电力公司设计并施工；（2）环网柜至室内变配电系统：包括约新建40米钢管、20米路面开挖、250米10kV电力电缆布放；（3）机房改造：二层设10台高压柜、一套直流操作电源、一台后台系统、两台2000kVA变压器、20台低压配电柜。
本项目建设完成后，满足了2层、3层IDC机房用电需求。
数据中心节能技术总体可分为3类：（1）开源。即引入可利用能源。如光伏及风力供电系统、自然冷源系统、新风节能系统。（2）节流。通过一定的管理办法和技术手段，提高效率，减少能耗。例如，采用转换效率高的电源设备、中央空调变频控制技术等。（3）政策节能。利用大工业、非工业和普通工业用电峰谷价差，引入蓄能、蓄冷系统进行节能；需求侧响应、碳交易产生额外经济效益抵偿用能支出。
改造项目应根据项目实际情况，不宜盲目追求过低的PUE,采取针对性措施，结合节能技术选取、制定合适的改造方案，同时，应考虑施工技术问题，确保方案的可行性。
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