图1 典型数据中心PUE组成

图2 数据中心制冷系统能耗组成

图3 数据中心节能服务体系

二、某数据中心基础设施节能技术应用

1、应用技术分析

本文从配电系统、暖通系统、弱电系统三大专业方向对某高效数据中心基础设施建设和运行维护期采用的节能技术进行分析，以针对业界其它数据中心节能技术的应用提供参考。

1）采用了更高效的供电架构，如采用高压直流的供电模式（其中高压直流设备分为在线式和离线式），相比于UPS供电，减少了中间过程直流转交流的电力损耗，而UPS供电效率约85%，高压直流供电效率可达95%以上，同时其在技术、投资建设和应用前景上也都具有较大优势。

2）暖通系统采用了水冷系统架构，实现了制冷、预冷和自然冷却3种模式的合理切换，相比传统的风冷系统或单冷机水冷系统，不但可以利用自然冷源而且水系统的效率远远高于风系统（水的比热容远大于空气比热容）。

3）冷却水泵、冷冻水泵、末端空调、冷水机组和冷却塔等均采用了变频控制，能够更好适应末端负荷的增减和环境温度变化，变频运行相对定频系统提高了系统运行效率，避免了冷量的浪费。

4）从自然冷源最大化为出发点，选用了设计逼近度为2℃的冷却塔，虽然初始投资略大，但后期运行成本较低，综合较选用高逼近度的冷却塔节能效果明显提高，并且采用串联运行方案，实际部分运行时间逼近度保持甚至可低于2℃。

5）冷冻水进入机房末端，空调直接参与换热，就近冷却，免去中间水氟换热的能量损失，同时为防止机房漏水，采用化工管道的焊接工艺进行机房冷冻水管焊接并缠绕漏水绳。

6）水处理系统采用了全自动运行，通过自动检测装置控制药物投入，有效改善水质，提高水系统换热效率，而其它老旧技术需要人工加药、人工水质检测、人工排污，往往会错过最佳投入时间，造成系统结垢严重，换热效率低下。

7）部署了高度智能化的动环监控和冷水自控系统，实现动力、环境设施和电力全量监控，而且能够在线调整整个制冷系统的运行状态，根据不同环境变化形成多种运行模式，保障整个系统始终运行在最安全高效节能的状态下。动态监测数据中心PUE，相对于非智能化系统能够给出高能耗设备分布，保证运维人员针对性地开展节能措施。

8）供水温度采用了温水制冷，采用温水制冷是数据中心非常行之有效的节能手段，不但提高了制冷系统的运行效率，也延长了自然冷源的利用时间，不同冷冻水供水温度下的制冷系统COP值如图4 所示。

图4 不同冷冻水供水温度下的制冷系统COP值

通过对冷机冷冻水供水温度在7℃、14℃以及19℃梯度变化下的冷机COP（制冷量/功耗）进行比较可知，随着冷冻水供水温度的提高，冷机的制冷系数相应升高。冷冻水供水温度由14℃逐步升高到19℃，在制冷量为3000kW时，压缩机能耗减少67kW，COP提高26%。而且一般数据中心设计之初虽设计了制冷、预冷、自然冷却3种模式可切换运行的水冷系统架构，但实际运行过程中由于冷冻水供水温度低于15℃，导致自然冷却模式无法正常运行。本数据中心采用温水制冷（冷冻水供水温度高于18℃），可以采用多种运行模式，见表1。年自然冷源利用时长大于75%。

表1 某数据中心运行模式切换表

图5 顶置式空调示意

本数据中心D1模组采用顶置式空调，单个机房部署数量16套。D2模组采用列间空调，同样IT负载下，单个机房部署数量40台，每台风机总功率2.2kW。以平均每台列间空调实际耗电功率1kW计算，采用顶置式空调，单个机房年可节省电量350000kWh。D1模组2023年年均PUE较D2模组下降了0.019，压降率11.37%。

2、应用效果展示

某数据中心基础设施建设和运行维护过程中通过采用以上节能技术手段，2023年年均PUE为1.157，见表2，较本地区新建数据中心（本数据中心投产期2016年）PUE不高于1.4的要求，PUE压降了0.243。年节省电量22500000kWh，少消耗标准煤9000000kg。

表2 某数据中心2023年PUE表

三、结束语

近年来伴随互联网等行业的兴起，数据中心迅猛发展。由于技术水平的上升，服务器密度也在逐年增加，同时体积变得越来越小，致使数据中心产热量日益增多。按照现有行业能耗指标测算方法，数据中心产业一直被界定为高能耗产业，并受到能耗指标审批方面的严格限制，甚至有人称其为“不冒烟的钢厂”。所以如何建设好机房、降低管理和运营成本、提高运维效率、控制机房能耗，成为管理者日益关注的重点。本文就此给出了合理化建议。

1）构建以先进的节能服务理念、节能高效的基础设施系统、强大的运维保障工具、科学的运维组织架构和关键的节能运维技术为主要组成部分的节能服务体系，有效保障项目的PUE压降。

2）数据中心基础设施建设和运行维护期在配电系统、暖通系统、弱电系统三大专业方向关注节能。如采用高压直流的供电模式和水冷系统架构、部署动环监控和冷水自控系统、各制冷系统设备采用变频控制、在安全情况下可考虑水进机房等。

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