浅析数据中心机房的节能措施

潘爱群

（南宁市勘察测绘地理信息院广西南宁530022）

摘要：近些年随着互联网的高速发展应用，各地数据中心机房的数量逐步增多，随着机房IT设备先进性的不断提升，对机房的环境温湿度、风速、噪声、空气污染物等要求逐步提高。机房中不仅有大量先进的IT设备，还配备了完善的辅助配套设备。数据中心机房要在长期运行中对能源消耗问题进行监测和控制，提升能效，还要全面满足IT系统设备稳定运行的基本要求。

关键词：IT设备；数据中心机房；PUE；节能

在能源紧缺的社会发展环境中，如何节约保护能源是社会各界广泛关注的问题。信息网络、新能源、集成电路、新材料等新兴产业的重要性日益显现。要将大数据、现代化制造业、互联网、云计算等与现代化制造业全面结合，促使互联网金融、电子商务等全面发展，在信息化发展过程中与数据中心机房联系紧密。当前在加快数据中心机房建设的同时，更要突出节能效用，使得数据中心机房能适应社会整体发展趋势。

一、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[1]。

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[2]。

（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。

二、节能的基本原则分析

数据中心机房和其他设施场所存在较大差异，为了使其能稳定运行，要建立特殊的工作环境，各项节能技术与节能方法在应用中需要遵循以下基本原则。机房安全性至关重要，在选用节能方法过程中，要保障机房能在安全稳定的环境中运行，防止引入各项节能技术导致安全问题发生。节能技术措施要具有多样性，要明确各项技术应用优缺点，不同技术方法在实际应用中需要对机房基本发展现状进行分析，保障技术性能可以有效发挥。机房环境具有较大特殊性，其中诸多应用设备都是选用电子组件以及集成电路，所以在选用节能技术过程中，机房需要具备良好的清洁度以及恒温恒湿条件，这样能保障机房设备稳定运行。节能技术引入之后，需要建立完善的评测机制，对技术节约成本、节能成效等进行全面评估，在不影响经济利益前提下提升节能效率，突出节能技术应用价值[3]。

三、数据中心机房的节能途径

（一）提升制冷能效比，降低机房散热消耗的电能

数据中心机房能耗主要是由以下部分组成，分别是电源、空调、IT设备，当前我国行业标准选用的是PUE的测量方法。为了促使PUE值更接近1，需要对数据中心机房节能措施合理控制，要全面掌握数据中心机房具体节能措施，要从能源转换方面进行合理分析，促使冷却与传热更趋于规范化。数据中心机房可以选用水冷式空调，此类空调能效比较高。但是目前要在数据中心机房选用水冷式机房空调，要求机房发热量布局更加规范，大多数机房在设备机柜区域容易产生热岛，机房冷热不稳定，部分单机柜热量较大。当前要想对此类问题进行控制，可以增加芯片冷却分支制冷管道。机房建设管理人员要全面掌握服务器设备基本组成结构，但是要获取稳定供货商支持以及专业人员进行维护，导致建设成本不断升高[4]。

（二）合理应用自然新风冷源

数据中心机房风冷式空调与新风机配置合理应用，在应用风冷式精密空调、水模方式与自然冷粉，其中自然风新风机系统能效比较高。例如SuperMUC超级计算机中心选取40℃温水作为IT设备制冷的冷媒工质。此类水冷系统散热效率较高，能耗可以有效降低。其次，当前数据中心机房IT设备供电主要是交流电，还有许多其他设备需要采用直流电，在电流转换过程中会产生较为严重的能耗额损失。管理人员要选用针对性措施对供电系统进行全面优化与调控，有效实现节能目标。结合技术应用现状，如果多方面条件允许，可以将交流供电替换为直流供电，直流供电的稳定性、能效比都高于交流供电。数据中心机房中供电主要通过UPS电源输入，过去传统的UPS电源主要是由铁芯变压器与ATS开关组成，对电源电能整体利用率不高，谐波较大。当前全面应用无变压器的新型UPS电源设备，能有效提升电源电能利用率，对用电成本进行控制[5]。

（三）液冷技术对服务器的重要作用

数据中心冷媒存在诸多限制性因素有，风冷能耗较高、性能较低，冷却技术能的应用需要有效完善。液冷技术就是自然冷却系统，液冷媒进口温度需要保持在15℃之下，如果环境低于此数值，可以应用自然冷量制冷。液冷技术主要有冷板式与浸没式。当前浸没式尚处于发展初期阶段，冷板式液冷可行性较高，各项技术应用较为成熟。为了保障数据中心机房能效以及冷却技术应用价值的全面发挥，可以适度扩大数据中心机房环境问题限制范围，对负荷散热有效支持，不会对IT设备运行安全性与稳定性产生较大影响。比如我国华为、曙光等设备以及软件厂商开始全面推广液冷服务器产品，国外诸多大型数据中心以及超级计算机中心开始应用液冷服务器。通过液冷服务器以及精密空调，能全面提升数据中心能源应用效率，降低数据中心机房噪声、传热性，实现自然冷却，具有良好的环保性[6]。

结语：

综合上述，在数据中心机房节能措施中，要结合中心机房耗能现状采取针对性的控制措施。相关人员要需要具备良好的节能意识，在各项工作中有效遵守节能政策的各项要求。

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，2018，34（4）：158-161.

[2]陈修敏，张九根.数据中心机房空调系统设计及气流优化分析[J].流体机械，2014（11）：79-82，86.

[3]李晶晶.大型数据中心机房给排水及消防设计要点及体会[J].给水排水，2018，44（5）：74-77.

[4]田菲.精密空调机组在数据中心机房的应用和维护[J].电子测试，2017（18）：79-80.

[5]顾小杰，李晓冬，曹建等.大型数据中心机房新风空调节能研究[J].暖通空调，2017，47（10）：55-61，119.

[6]吕超，陈光明，刘月琴等.小型数据中心机房布局及气流组织研究[J].低温工程，2017（3）：61-68.

作者简介：

潘爱群（1971.07.01），男，湖南常德，汉，本科、学士，高级工程师；研究方向：建筑电气及智能化。