绿色节能数据中心的建设

安伟,青和勇,徐超,何疆,何易泽

摘要：高能耗问题不仅给企业带来了沉重的负担，也造成了全社会能源的巨大消耗。随着国家“新基建”的推进与落实，建设绿色节能、低碳高效的数据中心的呼声越来越高。在数据中心基础设施建设中引入绿色理念，打造环保节能的绿色数据中心是解决数据中心高能耗问题的关键所在。鉴于此，本文将着重对绿色节能数据中心的建设进行探讨。

关键词：绿色；节能；数据中心；建设

1数据中心能耗指标综合

1.1电能利用效率PUE（Power Usage Effectiveness）

这是国内外数据中心普遍接受和采用的一种衡量数据中心基础设施能效的指标，其计算公式为：PUE=数据中心总耗电÷IT设备耗电

1.2局部电能利用效率PPUE（Partial PUE）

评估和分析数据中心的局部区域的能效，其计算公式为：PPUE=某区域数据中心总耗电÷某区域IT设备耗电

1.3制冷负载系数CLF与供电负载系数PLF（Cooling Load Factor and Power Load Factor）

这两个比数可进一步分析制冷与供配电系统的能源效率，其计算公式为：CLF=制冷设备耗电÷IT设备耗电PLF=供配电系统耗电÷IT设备耗电

1.4可再生能源利用率RER（Renewable Energy Ratio）

用于衡量数据中心利用可再生能源的情况，其计算公式为：RER=可再生能源供电÷数据中心总耗电

2绿色节能数据中心的建设

2.1选址、布局规划

主要是考虑在既定的建筑物内合理选址数据中心机房，尽量将数据中心机房及其配套设施设置成建筑物的低层、保温条件好、楼板承载容易满足要求、供电线路短捷，避免水、噪声和电磁干扰。

2.2电气系统的绿色节能设计

经调查发现，机房UPS电源消耗可能占机房总电耗的10%以上，但其购买成本约占整个机房投入的5%左右。数据中心不能继续使用和依赖电池的系统，应使用运转时让每个UPS设备的电动马达转动起来的可在储能量的动态UPS，能量来自切换基础设施。和传统的能效85%UPS相比，动态UPS平均可达能效约96%，最出色的动态UPS能效高达98%，通过电池配置，不仅大大降低能源损耗，同时优化了UPS系统可靠性。

2.3机房制冷系统的绿色节能设计

2.3.1风侧、水侧采用自然冷源

冬季，室外环境温度下降，可以直接利用室外低温空气和水来制冷，此时仅需运行部分制冷机组或停正全部制冷机组运行，减少机组能量损耗，此方法称为直然冷却技术。自然冷却技术分为风侧和水侧两种。风侧自然冷却是指设置回风风机箱直接将室外低温空气与室内回风按比例混合达到设计的送风温度后送至房间；或者设置空气热交换器，将室内回风经室外低温空气冷却降温后送至房间。水侧自然冷却是直接利用室外低温水通过板式换热器将空调循环水冷却后，再经冷却塔将得到的热量散入到大气中，因此时制冷机组不运行。也称为冷却塔免费供冷，如图1所示。当采用上述两种方法送风温度仍然达不到设计要求时，可以部分开启室内机房精密空调机组或冷水机组主机，负担部分冷负荷。由于送入房间的室外空气需经过滤和净化处理，同时空气混合和换热设备及风管管道对建筑空间布置和建筑规模有特别的要求，水侧自然冷却技术更经济可行，目前国内数据中心空调制冷系统普遍采用此技术。

图1水侧自然冷却空调系统原理图

2.3.2氟侧采用自然冷源

氟侧自然冷节能空调是一种利用自然冷源技术的新型高效节能的冷却系统，机组内设置独立的压缩机制冷系统和氟泵制冷系统。冬季使用泵循环代替压缩机运行，降低机组能耗；过渡季节，压缩机和泵同时运行保障整机的节能运行；夏季，开启压缩机模式运行，满足机房正常制冷要求。在传统风冷机组基础上，单独增加氟泵循环系统，既保证夏季工况下压缩机的持续制冷，又保证过渡季节和冬季的氟泵节能运行，最大程度地利用室外低温冷源。

2.3.3提高空调送风温度

美国采暖、制冷与空调工程师学会，推荐空气处理机的回风温度值为18℃-27℃，认为在此温度范围内有利于延长服务器使用寿命。对于采用冷冻水空调系统的国内数据中心，冷水系统设计中参考国内外标准后，空气处理机回风温度通常设为23℃左右，对于房间级机房专用空调(房间级空调是相对于列间空调或者机柜级空调而言，指整个机房共用静压箱，共用空调)，相应冷水供回水温度选择12℃/18℃较为普遍。对于机柜级空调，也可尝试15℃/21℃高温供回水温度。因出水水温升高能大幅提高制冷机组能效比，产生较大的节能效应。高水温工况下空调机组显热比高达100%，和设备全显热发热高度匹配。

2.3.4合理设计空间布局

优化机房设备布置，把设备发热量相对集中于限定的空间内，能够有效提高空调冷却效果。例如采用“背对背或面对面”的设备布置方法，划分成冷和热两个通道。在冷、热通道间增加分隔措施，把热通道封闭成尽可能小的空间，使热空气仅能在该通道内流动，然后把空调冷风直接送入通道内进行冷却，这种方法能够产生更好的空调冷却效果，同时又能减小设备容量和运行费用。对于中低密度设备机房，利用地板下净空的高度，采用地板下送风方式。空调送风口布置于冷通道处，把冷风先送入冷通道，然后流经服务器对其冷却。对于高密度设备机房在采用上述方法的同时，另设置带独立冷源的模块化冷却系统，将机房最大散热量处直接冷却。在机架顶部或在冷通道上部安装空调末端，回风口布置于产生热量的热通道上部或机架内部，回风经空调器冷却后直接送到冷通道处。冷却单元布置于高密度大型机侧。对于超高密度设备机房采用直接冷却式机架，冷媒管布置于防静电地板下，连接机柜内的制冷盘管，直接冷却机柜内空气，制冷终端容量根据设备发热量确定，由机架内的温度控制空调风扇转速及冷媒流量，达到制冷效果。地板送风口要求采用送风量大，可调节送风量的风口。机柜要求回风口面积大、送风机效率高。

2.3.5模块化数据中心

模块化数据中心方案得到行业专家及用户高度认同，在各行业的大中小型机房中被广泛采用，是当今行业中主流及领先的应用方案。腾讯、阿里、国家超算中心、各国有银行、各国家及省市政府单位、各托管IDC及云计算中心都大量使用该方案并对其便捷性，可扩容性、低运营成本（节能高效性）、高可管理性、整洁美观给予了高度评价。根据实际应用需求，模块化数据中心可采用封闭冷通道、封闭热通道和冷热通道都封闭等３种形式。具有快速部署、柔性扩容、智能管理、绿色节能等特点。

3结束语

绿色节能数据中心是未来信息化发展、数据中心发展的必然趋势。为持续推进国家“碳达峰、碳中和”的总体战略目标，数据中心产生的巨大能耗和碳排放量不可小觑。在传统数据中心向绿色数据中心的转型期，绿色节能数据中心的建设对于国家实现“碳达峰、碳中和”的最终目标具有重要意义。

参考文献

[1]曹小刚.新国标节能解读及对金融业建设绿色数据中心的思考[J].金融科技时代，2018(5):24-27.

[2]李明.数据中心机房能耗管理实践[J].金融科技时代，2018(6):58-62.