数据中心运营中的节能降碳措施综述与应用

    数据中心的运营管理中，能耗管理一直是数据中心企业管理难度最高的一个板块。随着数据处理业务的增多，服务器在机房的上架率提高，机房的能耗不断增加，能耗成本也会变得更高，因此如何节能增效就成了数据中心管理层面迫切需要解决的问题。对能耗分布情况和数据中心应用的节能技术等方面进行分析，探讨数据中心如何实现节能降碳、提质增效的管理目标。

1、数据中心能耗情况分析

图1 数据中心能耗分布柱状图

注：PUE为电源使用效率，UPS为不间断电源。

2、数据中心的能效指标及节能措施

  2.1 能效指标分析

  2.2 常见的节能措施

1)在数据中心建设初期一定要遵照相关法律法规政策，如《高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录》，确保未选用落后淘汰设备。

2)在满足工艺要求的情况下，数据中心应选用性能稳定、操作可靠、维修简单、能耗低的新技术和先进设备。

3)在总图布置及机房楼、变电站等关键设施的布置上，需确保紧凑合理，减少线路和变压器的损耗。

4)增大器材利用率，减少器材数量，从而降低器材能耗；选择能提高装备负荷率的节能高效装备；机电设备全部选用国家推荐的节能效果好、电力损耗低且能降低无功消耗、提高设备效率的新型节能机电产品。在节能服务器的选择上，要优选能实现高效能源利用的设计系统和组件，增大服务器的使用频率。

5)注意密封机机架内部的空隙、机架与机架之间的空隙、机架底部的空隙，以防热风灌入。

1)根据工程的总图布置规划，合理配置配电室以减小电缆长度，同时，优化配电线路，降低供电系统线损，提高平均负荷与最大负荷之比，选用低耗能、高功率的电气设备，减少配电环节电能消耗。

2)选用新型、节能的各类产品。车间供电应将线路长度降到最小，将电力损失降到最低；增加动力，减少无功损失。

3)产品选用高效节能的绿色环保型照明灯具，该灯具可自动开闭照明器，利用智能声光控制技术减少电力损失。根据各场所使用功能的不同，采用与之相符的光源和灯具。

4)垂直升降机采用带楼层显示休眠功能的变频驱动方式，如群控、变频调速或能量反馈等，升降机在设定时间内无人使用时，为节省升降机能耗，监视器自动进入休眠状态，节电率可达20%~40%；同时设置节能控制措施，如灯光、风扇的自动控制等。

1)机房楼管道和所有热力设备的保温均采用轻质高效保温外墙和屋面隔热材料等新型保温材料，以减弱热传导效应。

2)采用规整尺寸，尽量降低体形系数，屋面、外墙等部位围护结构节能设计应符合GB55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》。数据中心机房建筑应为南北朝向，符合国家标准；对于建筑主体朝向，以区域内朝向最佳为宜，且冬季应避免主导风向。建筑体形系数和窗墙比应符合上述规范规定。中高寒地区建筑物外形系数不得超过规定的0.40，屋面透光部分面积应不大于屋面总面积的20%。

3)建筑充分考虑自然采光与通风，应尽量减少人工照明与机械通风。冬季最大限度地利用自然热进行加热，发热更多，减少损耗；夏季最大限度地利用天然能量降温，节约能源，降低消耗。

4)根据GB/T7107—2002《建筑外窗气密性能分级及检测方法》，建筑物外窗气密性能分级不应低于6级，采用传热性和遮阳性符合要求的塑钢窗、中空玻璃等。

5)部分研究表明，城市绿化覆盖率与热岛的强度成反比。一个城市的绿化覆盖率越高，且项目建筑规划时考虑了当地风向，其建筑朝向更便于空气流通，那么热岛效应就被进一步削弱，其产生的热岛强度就越低。同时，建筑物外墙及屋面均采取保温措施，减少建筑物室内热量外散，有效降低近地面温度，也可以减弱热岛效应。另外，选用高效美观的绿化形式，使室内、室外环境清新宜人，同时还能有效减弱热岛效应。

1)由于数据中心大多数选址于工业开发区或偏远僻静的地方，距离人员聚集的城市或建筑设施较远，余热的供出无法满足城镇用热需求，仅为数据中心内部的运维楼、办公楼、生活楼等区域供暖，周边单位未实现有效供应。

2)关于数据中心余热的回收与利用，中国并没有出台相关标准和政策，国内也没有指导性的依据来支持数据中心开展余热回收项目。

3)国内数据中心余热回收能量利用存在效率相对较低、热交换效率不高、管线损耗高等问题，且中国目前设备制造能力和余热工艺方案的技术先进性与国外数据中心有着较大的差距。

4)考虑到目前的经济形势，数据中心余热回收利用项目的落地对于企业来说是一笔不小的投资，并且由于回收效果差、用热单元稀少等，项目投资回收期较长。

3、结束语

    在信息化、数字化、云计算的大数据时代，中国智能存储、智能算力、人工智能等技术的发展取得了显著的进步。在大数据产业发展的大背景下，数据中心运行管理由“人力密集型”向“智能密集型”演进，未来数据中心的构建主要以智能调控体系的改造来实现节能降碳、提质增效的绿色发展。相信在不久的将来，现存的种种艰难险阻、疑难问题终会被攻克，“零碳”数据中心的建设必将到达新一轮的产业高峰。

作者：穆建军

参考文献:

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