珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519070
摘要：数据中心的节能降耗涉及到多个方面，本文通过对国内某运营商数据中心的实例分析，从空调节能方面提出了一些有效建议，目标是为了更高效的利用能源，建设节能环保的绿色数据中心。
关键词：数据中心；机房空调；节能措施
引言：随着电子信息及制造技术的飞速提升，数据中心机房的设备密集度大大提高，耗电巨大，发热量更加集中，机房局部过热现象增多，机房内单位面积空调冷负荷急剧增加，由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升，甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。同时，具有重要战略地位及发展潜力的数据中心作为通信行业高能耗的代表也成为了大家关注的焦点，国内外各大运营商及相关研究机构都陆续开展了一系列数据中心节能试点改造，取得了良好效果。
1我国数据中心机房节能现状
数据中心机房中IT设备、配电设备发热量负荷是机房空调的主要负荷，其中IT设备（包括存储设备、网络设备、服务器设备）发热量所占比重较大。目前各类服务器集成密度不断扩大，服务器机柜设备是机房中主要热岛区域。近些年机房服务器类负荷最高发热量开始逐步上升到每机柜20kW之上，为满足机房设备区域的温度要求，需要进一步扩大空调机组送风量。与相同面积的普通办公室相比，数据中心机房实际消耗的电能大的多。如果不采取有效的控制应对措施，数据中心机房能耗将会全面上升，所以全面控制机房能耗和环保问题，是节能减排的重点内容。
我国是发展中大国，人口总量较大，各类资源人均占有量不足。在我国社会经济长期发展过程中，资源消耗量也在进一步扩大，致使社会经济与资源环境之间的矛盾日益加深。各类建筑和数据中心机房耗能是社会经济发展中的重要软肋。现阶段要想加快节约型社会发展建设，全面实现可持续发展战略目标，大力推动建筑与数据中心机房建设至关重要。近些年我国政府在产业布局、服务分类、市场准入等方面提出了明确的政策指导。在低碳节能、智能化发展等方面采取了有效的控制措施，建立了数据中心设计规范。保障数据中心机房IT应用设备、精密空调等能源利用率能得到有效控制。PUE（PowerUsageEffectiveness，电源使用效率）作为评价数据中心能效的基础指标，能集中反映数据中心机房能源应用效率，PUE是数据中心总设备能耗/IT设备能耗。
.png)
（图1散热负荷超过了IT设备负荷）
从图1中能看出，散热负荷所占比重较大，对散热负荷进行控制，能有效降低PUE值，此值越接近于1节能效果越好。据统计，国外先进的数据中心机房PUE值可以达到1.3，而我国数据中心机房的PUE平均值则在2.5以上，特别是中小规模的机房PUE值更高，测量数值普遍在3左右。
2数据中心空调的节能措施
随着数据中心的发展，机柜功率密度越来越高，从3KW、4KW到6KW，甚至10KW以上，还可能更高，服务器安装非常密集，散热量越来越大，能耗也随之越来越高，数据中心节能工作越来越凸显重要。数据中心除IT第一大能耗外（占50%以上），空调系统为第二能耗系统（占到38%左右），在非IT设备中占绝大部分，所以空调系统的节能是数据中心的节能核心，是降低数据中心能耗的重要途径，是数据中心节能最大潜力所在。通过以下多种手段提高空调系统的能效，降低能耗，从而做好数据中心节能工作，降低数据中心的PUE值。
2.1利用自然冷源
自然冷源主要是借助室外自然界的一些低温冷源来冷却机房，例如冷空气、冷水（冰水）等免费的冷源。空调主机的能耗一般能占到空调系统能耗的56%，通过自然冷却停止或减少数据中心空调主机的运转，可以大幅降低空调系统的能耗，空调全年运行能效比显著提高，节能效果非常明显。一般情况下所使用的方式有风侧自然冷源和水侧自然冷源。风侧自然冷源是指利用室外新风自然冷却，将利用室外的低温空气，通过新风和回风比例调整，经过过滤系统处理之后引入到数据机房内部，实现通信设备的制冷。我国北方室外空气温度低于15℃时间占全年小时数50%以上，例如北京占55%，哈尔滨占70%，非常适合使用自然冷却技术。水侧自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷却，例如阿里巴巴位于浙江千岛湖的数据中心因地制宜采用湖水制冷，深层湖水通过完全密闭的管道流经数据中心，帮助服务器降温，制冷能耗节省超过8成。
2.2良好的空调气流组织形式
数据中心气流组织形式是影响空调系统节能的重要因素，冷气流动过程中的阻力越小，冷风和热风气流隔离的越好，冷量损耗的就越小，空调主机运行效果就越高，能效比越好。但经常是因为空调气流组织设计不合理或未经过CFD软件仿真测试，造成了冷气流的利用率低，使得空调系统能耗浪费。数据中心常见的空调气流组织形式有三种，分别为房间级气流组织，行级气流组织，机柜级气流组织。房间级气流组织一般采用架空地板，下送风，冷通道封闭，上回风方式。架空地板起到静压箱的作用，通过冷通道里的开孔地板进入机柜前面板，穿过机柜从后面板出风，再通过回风百叶窗回到空调间，进入末端空调，形成风路。采用此方式能够获得可靠和均匀的冷却气流分布，隔离了冷热气流，能够有效回风，提高了空调系统的制冷效率，降低了空调系统的能耗。
2.3采用变频设备
数据中心的冷水机组能耗是跟随末端IT负载和室外环境温度的变化，特别是大中型数据中心，也不是一步到位，需要经过几年的过程，冷水机组大部分时间运行在非工况情况下，通过使用变频冷水机组，每年可节省20%左右的能耗，同时水冷系统中冷冻水泵、冷却水泵、机房里的末端空调EC风机均使用变频设备，可以实时根据IT负载的情况自动调整，能够节约大量的冷量。
2.4提高机房回风温度
一般数据中心机房运行温度为24℃左右，但现在各种IT设备硬件性能的提高，特别是服务器宕机温度的提高，有理由可以提高机房的运行温度，例如提高到26℃左右，机房IT设备也是运行正常。我们可知通过提高机房的回风温度节省空调系统能耗，常年累积也是相当可观。
2.5提高冷冻水温度
空调系统冷水机组冷冻水温度一般为7℃到12℃，末端空调的冷冻水温度也为7℃到12℃。因为冷冻水的温度和冷水机组的效率成正比关系，可通过提高冷冻水温度，从而提高冷水机组的制冷效率，降低制冷能耗，但空调选型时必须要求在冷冻水10℃到15℃下能够满足制冷量要求。
结束语
综上所述，稳定高效的制冷系统和供电系统是数据中心机房稳定运行的基础，也是节能减排、降低运营成本的关键。在提倡低碳绿色节能的大环境下，通过数据中心空调系统的合理布局和科学改造，达到节能减排，绿色环保的目的。
参考文献：
[1]郑向平，黄云.浅析环境友好型数据中心机房的节能[J].科技通报，2018.
[2]张伟，曹连华，孙晓翠.架空地板高度及通道封闭对机房冷却效果影响的数值模拟分析[J].智能建筑，2018.
[3]潘健，陈运瑶，陈国庆等.绿色数据中心节能设计[J].信息技术与标准化，2018.