2022-11-11

能耗分析系统在数据中心节能降耗中的应用

影响数据中心能耗的因素有很多，其中空调暖通设备是主要的因素，同时也是容易实现能耗优化的领域。但数据中心的其他领域例如供配电设备(UPS电源不间断设备、变压器、母排等)、日常照明、消安防设备、建筑结构体本身热辐射等。

1供配电设备对数据中心能耗的影响

数据中心的耗电量巨大，其中以UPS因电感产生很大的谐波，所以会有较大的电力损耗。UPS效率不是一个恒定值，它随负载变化而变化。

2空调暖通设备对数据中心能耗的影响

空调制冷能耗优化空间较大、成效较快、节约成本较多。大部分企业将数据中心的能耗分析优化集中在了空调制冷这一领域，优秀的空调制冷能耗分析优化方案可以很大降低数据中心能耗和PUE值。

3实例分析

       以北方某数据中心为例，该数据中心2017年建成并投入使用。数据中心配有4套制冷系统(冷机、冷冻泵、冷却泵、冷塔一一对应)，采用3+1模式(满载时3用1备)在不采用任何节能措施的情况下PUE值为2.6。

3.1数据中心制冷模式

        由于北方地区全年温差大、昼夜温差大的特点所以设计了不同的制冷模式。根据室外温度的不同设计了3种模式来实现数据中心的制冷。当温度设计采用了水侧自然冷却系统，随着室外湿球温度的降低，出塔水温度降到所需的值时，通过换热交换器间接换热后供给空调末端制冷。制冷系统全年运行分为3种模式：冷机制冷模式、部分自然冷却模式、自然冷却模式。

        (1)当室外湿球温度t＞15.5℃时，冷却塔出水温度＞19.5℃，冷机工作，板式换热器不工作，系统运行模式为冷机制冷模式。

        (2)当室外湿球温度8℃＜t≤15.5℃时，冷却塔出水温度13.5℃＜t≤19.5℃，冷机工作，板式换热器工作，系统运行模式为部分自然制冷模式。

        (3)当室外湿球温度t＜8℃时，冷却塔出水温度t＜13.5℃，冷机不工作，板式换热器工作，系统运行模式为自然制冷模式。

3.2冷却水处理

        因为冷却水直接与室外空气接触，在制冷系统运行制冷的同时也会将室外微生物、尘土带入到管道、冷机等设备中。经过长时间的运行，管道、冷机中会附着大量的微生物、水垢，从而会影响制冷设备的换热效果。所以该数据中心在冷却水管道接入微晶旁流、自动加药装置等水处理设备用于物理和化学处理水质。

3.3冷冻水泵、冷却水泵

        冷冻水和冷却水的循环都是通过水泵进行的。水泵的节能除采用变频装置外，应采用较大直径的管道、尽量减少管道长度和弯头、采用大半径弯头、减少换热器的压降等。冷冻机房、水泵、冷却塔、板式换热器和精密空调尽量设计安装在相近的高度以减少水泵扬程。

        根据负载的不利压差控制，当负载减少时，二度调节阀阀门开度变小，检测的压差设定点压差值同将水泵设置为不同的运行频率是水泵节能的另一个方法也是主要的方法。电机所需功率理论上按转速的三次方下降[3]。例如，某一水泵电机工作转速是其额定转速的80%，水泵的工作频率是其额定功率的51.2%。水泵的频率由空调系统末端的变大，泵的频率在下降，水泵转速降低，使系统流量减少，达到调节流量的目的。这种节能措施不但减少了空调系统的用水量，同时也节约了电的使用量。

3.4机房温度

        在我国数据中心A级数据中心机房温度规定在(23±1)℃，大部分数据中心按照A类数据中心规格设计建造。个别数据中心机房温度甚至在20℃左右。在IT设备越来越优化的趋势下，此温度无疑造成了电力、水资源很大浪费。参照国外数据中心机房温度一般在28℃可以满足机房对温度的需求且节能，同时我们比较合理的做法是在夏季将温度设定比春秋两季偏高些，冬季设定比春秋两季偏低些。

4结语

        近年来，我国大数据产业保持着良好的发展势头。运用大数据管理企业、治理国家提升了企业、政府的管理能力，大数据的发展、应用已经上升到国家战略高度。随着大型数据中心不断地发展，其内部结构越来越复杂、设备功率越来越大。因此，无论从企业管理运营成本还是环境保护角度出发，我们都应该在现有条件下提出一套节能方案，实现最大化节约能源。数据中心节能应该贯穿数据中心的整个生命周期，应该根据不同阶段、不同设备状况提出不同方案。

        数据中心节能不是一蹴而就的，而是经过在运维一线摸索、实验才可以得到的。这种节能的思想应该渗透到运维人员每一次操作、每一个角落，才能做到真正的节能。