圖1 典型數據中心PUE組成

圖2 數據中心制冷系統能耗組成

圖3 數據中心節能服務體系

二、某數據中心基礎設施節能技術應用

1、應用技術分析

本文從配電系統、暖通系統、弱電系統三大專業方向對某高效數據中心基礎設施建設和運行維護期采用的節能技術進行分析，以針對業界其它數據中心節能技術的應用提供參考。

1）采用了更高效的供電架構，如采用高壓直流的供電模式（其中高壓直流設備分爲在線式和離線式），相比于UPS供電，減少了中間過程直流轉交流的電力損耗，而UPS供電效率約85%，高壓直流供電效率可達95%以上，同時其在技術、投資建設和應用前景上也都具有較大優勢。

2）暖通系統采用了水冷系統架構，實現了制冷、預冷和自然冷卻3種模式的合理切換，相比傳統的風冷系統或單冷機水冷系統，不但可以利用自然冷源而且水系統的效率遠遠高于風系統（水的比熱容遠大于空氣比熱容）。

3）冷卻水泵、冷凍水泵、末端空調、冷水機組和冷卻塔等均采用了變頻控制，能夠更好适應末端負荷的增減和環境溫度變化，變頻運行相對定頻系統提高了系統運行效率，避免了冷量的浪費。

4）從自然冷源最大化爲出發點，選用了設計逼近度爲2℃的冷卻塔，雖然初始投資略大，但後期運行成本較低，綜合較選用高逼近度的冷卻塔節能效果明顯提高，并且采用串聯運行方案，實際部分運行時間逼近度保持甚至可低于2℃。

5）冷凍水進入機房末端，空調直接參與換熱，就近冷卻，免去中間水氟換熱的能量損失，同時爲防止機房漏水，采用化工管道的焊接工藝進行機房冷凍水管焊接并纏繞漏水繩。

6）水處理系統采用了全自動運行，通過自動檢測裝置控制藥物投入，有效改善水質，提高水系統換熱效率，而其它老舊技術需要人工加藥、人工水質檢測、人工排污，往往會錯過最佳投入時間，造成系統結垢嚴重，換熱效率低下。

7）部署了高度智能化的動環監控和冷水自控系統，實現動力、環境設施和電力全量監控，而且能夠在線調整整個制冷系統的運行狀态，根據不同環境變化形成多種運行模式，保障整個系統始終運行在最安全高效節能的狀态下。動态監測數據中心PUE，相對于非智能化系統能夠給出高能耗設備分布，保證運維人員針對性地開展節能措施。

8）供水溫度采用了溫水制冷，采用溫水制冷是數據中心非常行之有效的節能手段，不但提高了制冷系統的運行效率，也延長了自然冷源的利用時間，不同冷凍水供水溫度下的制冷系統COP值如圖4 所示。

圖4 不同冷凍水供水溫度下的制冷系統COP值

通過對冷機冷凍水供水溫度在7℃、14℃以及19℃梯度變化下的冷機COP（制冷量/功耗）進行比較可知，随着冷凍水供水溫度的提高，冷機的制冷系數相應升高。冷凍水供水溫度由14℃逐步升高到19℃，在制冷量爲3000kW時，壓縮機能耗減少67kW，COP提高26%。而且一般數據中心設計之初雖設計了制冷、預冷、自然冷卻3種模式可切換運行的水冷系統架構，但實際運行過程中由于冷凍水供水溫度低于15℃，導緻自然冷卻模式無法正常運行。本數據中心采用溫水制冷（冷凍水供水溫度高于18℃），可以采用多種運行模式，見表1。年自然冷源利用時長大于75%。

表1 某數據中心運行模式切換表

圖5 頂置式空調示意

本數據中心D1模組采用頂置式空調，單個機房部署數量16套。D2模組采用列間空調，同樣IT負載下，單個機房部署數量40台，每台風機總功率2.2kW。以平均每台列間空調實際耗電功率1kW計算，采用頂置式空調，單個機房年可節省電量350000kWh。D1模組2023年年均PUE較D2模組下降了0.019，壓降率11.37%。

2、應用效果展示

某數據中心基礎設施建設和運行維護過程中通過采用以上節能技術手段，2023年年均PUE爲1.157，見表2，較本地區新建數據中心（本數據中心投産期2016年）PUE不高于1.4的要求，PUE壓降了0.243。年節省電量22500000kWh，少消耗标準煤9000000kg。

表2 某數據中心2023年PUE表

三、結束語

近年來伴随互聯網等行業的興起，數據中心迅猛發展。由于技術水平的上升，服務器密度也在逐年增加，同時體積變得越來越小，緻使數據中心産熱量日益增多。按照現有行業能耗指标測算方法，數據中心産業一直被界定爲高能耗産業，并受到能耗指标審批方面的嚴格限制，甚至有人稱其爲“不冒煙的鋼廠”。所以如何建設好機房、降低管理和運營成本、提高運維效率、控制機房能耗，成爲管理者日益關注的重點。本文就此給出了合理化建議。

1）構建以先進的節能服務理念、節能高效的基礎設施系統、強大的運維保障工具、科學的運維組織架構和關鍵的節能運維技術爲主要組成部分的節能服務體系，有效保障項目的PUE壓降。

2）數據中心基礎設施建設和運行維護期在配電系統、暖通系統、弱電系統三大專業方向關注節能。如采用高壓直流的供電模式和水冷系統架構、部署動環監控和冷水自控系統、各制冷系統設備采用變頻控制、在安全情況下可考慮水進機房等。

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