摘要：數據中心向綠色化、節能化發(fā)展提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：數據中心；能耗；節能措施

1概述

隨著(zhù)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革快速發(fā)展，數字經(jīng)濟異軍突起，成為推動(dòng)全球經(jīng)濟迅速恢復和穩健增長(cháng)的“發(fā)動(dòng)機"。作為數字經(jīng)濟的“底座"，數據中心市場(chǎng)規模將達5,952億元。

圖12014—2025年我國數據中心市場(chǎng)規模與增速預測

我國數據中心將成為未來(lái)為數不多能源消耗占社會(huì )總用電量和碳排放量比例持續增長(cháng)的行業(yè)，給全社會(huì )能源供應和環(huán)保帶來(lái)了巨大壓力。

圖22015-2018年中國數據中心機柜數量

2021年工信部發(fā)布的《“十四五"信息通信行業(yè)發(fā)展規劃》專(zhuān)門(mén)設置了“綠色節能"類(lèi)別的發(fā)展指標。工信部指出，到2025年底，我國新建大型和超大型數據中心有較大的節能改造空間。

2數據中心能耗分析

數據中心一般由電網(wǎng)為其提供穩定電源，能源消耗主要可分為以下4個(gè)部分，能耗情況如圖3所示。

（1）IT設備：包括服務(wù)器、存儲設備和網(wǎng)絡(luò )通信設備等，為用戶(hù)提供信息處理和存儲、通訊等服務(wù)系統，耗能占45%。

（2）制冷系統：為IT設備運行需要提供穩定的溫、濕度環(huán)境，主要包括：空調、冷源設備，送回、風(fēng)系統，耗能占40%。

（3）電氣系統：主要為UPS系統及其他輔助照明等，耗能占5%。

（4）其他：主要為供配電系統等，耗能占10%。

圖3數據中心主要能耗構成

3數據中心節能措施

由于數據中心能耗高，因此，在技術(shù)選擇上，可采取多種技術(shù)措施，目的是能夠有效的提高能源利用效率，降低能耗。

3.1電力供應

數據中心尋求替代傳統供電模式的選。

3.2數據中心電氣節能技術(shù)

3.2.1節能設備

制冷主機采用高效變頻水冷離心冷水機組，有效節約運行費用，降低能耗。變頻機組在過(guò)渡季節、部分負荷時(shí)提高運行效率，可顯著(zhù)達到降低系統運行費用。

定頻泵無(wú)法根據負載變化動(dòng)態(tài)調整水量，從而無(wú)法節能，如果采用變頻調速控制的水泵，將可以根據不同負荷和工況進(jìn)行調整，從而實(shí)現節能?？刂扑玫妮斔湍芎?，關(guān)鍵是控制水泵的變頻，滿(mǎn)足循環(huán)流量的情況下，盡量減少不必要的耗電。

水泵變頻節能的理論依據：

P2＝P1(n2/n1)3＝P1(f2/f1)3

P1＝電機額定功率kW

P2＝實(shí)際工作頻率下的輸出功率kW

n1＝額定轉速

n2＝實(shí)際轉速

f1＝額定工作頻率，一般為50Hz

f2＝實(shí)際工作頻率Hz

由上式可知，水泵耗電功率與頻率成三次方關(guān)系，節能空間巨大。

變頻變流量控制是針對數據中心中節能效果更為明顯。

3.2.2分布式儲能UPS系統

UPS的作用是在市電電源中斷、柴油發(fā)電機組啟動(dòng)前，確保負載持續供電，因此，UPS系統包含了儲能設備，如蓄電池或飛輪。此外，還具有隔離市電側浪涌、電壓驟升驟降等作用。

在絕大多數數據中心，UPS系統損耗可占IT設備能耗10%以上。UPS系統按照系統大負載功率設計。實(shí)際上，大部分時(shí)間的真實(shí)負載功率達不到大負載功率的需要，真實(shí)負載與額定負載的比例越小，UPS能效越低。因此，提高UPS系統可靠性，降低其損耗，就成為UPS系統架構演變的主旋律。

傳統集中式UPS系統弊端明顯，單點(diǎn)失效、備用UPS增加了系統成本、能效差。分布式儲能UPS系統由電源模塊、控制模塊和鋰電池模塊組成的數千瓦至50MW的小型模塊，不但增加了系統可靠性、可擴展性和電源管理靈活性。同時(shí)根據用戶(hù)設備進(jìn)入時(shí)間，分批建造，減少空載或輕載時(shí)間。

3.3數據中心制冷節能技術(shù)

3.3.1提高冷凍水供回水溫度及溫差

提高冷凍水供回水溫度，可以提高冷凍機的運行效率，同時(shí)可以增加自然冷卻時(shí)間。制冷機組冷凍水出水溫度每提升1℃可節能3%～5%，變頻離心機組冷凍水出水溫度每提升1℃可節能4%～6%，節能效果明顯。

圖4為在不同的出水溫度條件下，冷水機組的制冷量與用電功率的典型關(guān)系。

圖4不同出水溫度，冷水機組制冷量與用電功率關(guān)系

可以看出，隨著(zhù)冷水機組的出水溫度的提升，對應著(zhù)的制冷量和用電功率都在增加，但發(fā)現制冷量的增幅更大，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)冷水機組出水溫度提升，將可以用更少的電力消耗提供更多的制冷量。提高冷水機組的出水溫度即提高末端空調的供水溫度，它引申出的另一個(gè)好處是能夠大限度利用室外冷源進(jìn)行自然冷卻。

3.3.2提高空調機組的送回風(fēng)溫度

提高空調機組的送回風(fēng)溫度，可以通過(guò)精密空調機組設定，保證精密空調的運行效率，降低不必要的過(guò)度制冷的能源浪費。

3.3.3間接蒸發(fā)制冷系統

目前數據中心能耗，如何應對大型制冷系統復雜化、提升交付速度，存在非常廣闊的研究空間和研究?jì)r(jià)值。

目前，自然冷卻技術(shù)一般有水側自然冷卻、風(fēng)側自然冷卻等。風(fēng)側自然冷卻與水側自然冷卻相比，效率更高、運行天數更長(cháng)。風(fēng)側自然冷卻系統換熱更直接，可利用的環(huán)境氣溫更高，故全年可利用天數更多。以間接蒸發(fā)供冷技術(shù)為例，機房25℃送風(fēng)情況下，環(huán)境溫度小于19.4℃即可進(jìn)行自然冷卻，而水側自然冷卻環(huán)境溫度至少要降到12℃以下。

在中國東部地區采用間接蒸發(fā)冷卻空調，自然冷卻時(shí)間可達6000小時(shí)，而在西北地區能達8000小時(shí)以上。與傳統空調水側自然冷卻相比，間接蒸發(fā)制冷效率更高、可利用自然溫度的時(shí)間更長(cháng)。

在中國東部地區采用傳統水側自然冷卻，自然冷卻時(shí)間一般小于4000小時(shí)。故在中國東部地區，采用間接蒸發(fā)冷卻空調的自然冷卻時(shí)間比傳統空調水側自然冷卻的時(shí)間全年多出大約2000h小時(shí)左右，節能效果可觀(guān)，對降低全年平均PUE值意義重大。

3.3.4采用液冷技術(shù)

液體技術(shù)是采用液體作為工質(zhì)，為發(fā)熱元件換熱。液冷分為非接觸式液冷、接觸液冷兩大類(lèi)，服務(wù)器液冷分為冷板、浸沒(méi)、噴淋三大液冷技術(shù)方向。冷板式液冷是采用冷板組件與高熱流密度元件接觸，發(fā)熱量經(jīng)由冷板組件中的冷卻介質(zhì)導出，再經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)冷卻回路熱交換傳遞，終將設備熱量散發(fā)到外環(huán)境或進(jìn)行回收利用的一種液冷實(shí)現方式。浸沒(méi)式液冷是將服務(wù)器浸沒(méi)在冷媒（冷卻液）中，依靠液體流動(dòng)循環(huán)帶走熱量。

液冷技術(shù)相比傳統風(fēng)冷技術(shù)在散熱效率、能源利用率等方面具備顯著(zhù)優(yōu)勢，而隨著(zhù)數據中心向著(zhù)高密高電的方向發(fā)展，傳統的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足其散熱需求。采用液冷技術(shù)也將成為大的趨勢。

3.4其他節能技術(shù)

3.4.1余熱利用

數據中心遵循密度越來(lái)越高的趨勢，產(chǎn)生的熱量也越來(lái)越多。

如果利用熱泵技術(shù)將數據中心PUE，還能有效幫助用戶(hù)降低用熱成本。

3.4.2能源管控平臺

通過(guò)構建能源管控平臺，實(shí)現多能流，多時(shí)空的能源數據監測和統計，在保證系統安全穩定、供需匹配為前提，實(shí)現對數據中心的數據接入、能效分析、能源監控與調度優(yōu)化，保證能源系統的穩定、經(jīng)濟運行，通過(guò)能源系統的分級調度與控制，降低能源成本、提高能源的綜合利用水平，大限度的節能運行。

綜合能源管控系統從不同維度實(shí)現統一集中監控、能源運行管理、能源系統運行優(yōu)化的功能。具體內容可為：

（1）能源系統集中監控：包括數據采集與處理、事件及報警處理、實(shí)時(shí)運行監控和專(zhuān)題場(chǎng)景監控；（2）能源運行管理：包括能源指標分析、供能質(zhì)量分析、綜合指標報表、綜合調度運行；（3）能源系統運行優(yōu)化：包括網(wǎng)絡(luò )化建模、供需平衡分析等協(xié)同優(yōu)化。綜合能源管控平臺的建設，將對數據中心帶來(lái)以下效益：

①降低能源成本

數字化綜合能源管控平臺，基于輸入的能源系統子模塊歷史數據，以及運行時(shí)實(shí)時(shí)監控數據，利用經(jīng)過(guò)訓練的模型，根據經(jīng)濟性佳的優(yōu)化目標進(jìn)行仿真分析，終得到綜合能源系統設計方案及各機組容量，及運行期間響應實(shí)時(shí)能源需求的實(shí)時(shí)策略，大精度地保證整體系統經(jīng)濟性?xún)?yōu)，將能源成本從數學(xué)模型分析的角度，降低。

②提高能源效率

在獲得大量的能源系統模塊負荷數據的基礎上，充分發(fā)揮能源系統內各模塊的作用，根據消耗對電、熱、冷等供能質(zhì)量的需求，生成關(guān)鍵能源質(zhì)量指標。

通過(guò)調度，耦合，在保證匹配各種能源實(shí)時(shí)負荷的前提下，通過(guò)調度不同的能源模塊，從系統層次提高整體能源使用效率，增加能源供應管理，避免能源浪費。

③提高能源系統可靠性

可以根據系統運行的動(dòng)態(tài)情況，進(jìn)行運行集中監控，對可能出現的異常進(jìn)行預警，及時(shí)下發(fā)新系統運行策略，保證用戶(hù)端負荷匹配。同時(shí)可設計專(zhuān)題場(chǎng)景，便于運維管理人員可以便捷、容易獲取相關(guān)監控信息，分析結果。

4安科瑞能耗統計分析（能源管理）解決方案

4.1能效管理解決方案介紹

建立高效的能耗監測管理系統，對建筑各類(lèi)耗能設備能耗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，對采集數據進(jìn)行統計和分析。能夠合理的確定各區域建筑能耗經(jīng)濟指標及績(jì)效考核指標，發(fā)現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動(dòng)節能的意識。

①　搭建數據中心智慧能源管理系統的基本框架，對各個(gè)用能環(huán)節進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；

②　排碳數據化：通過(guò)系統可實(shí)現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實(shí)現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實(shí)現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個(gè)功能區能耗對比，實(shí)現能耗排名，增強工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進(jìn)行綜合的分析、統計、打印和查詢(xún)等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營(yíng)管理部門(mén)提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時(shí)查詢(xún)，并根據采集數據進(jìn)行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進(jìn)行報警，提高系統信息化、自動(dòng)化水平。

4.2能源管理系統硬件配置

5結語(yǔ)

隨著(zhù)低碳減排的持續推進(jìn)，特別是在我國“雙碳"目標已確立的大背景下，數據中心行業(yè)更早實(shí)現碳中和及綠色節能的目標。

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