(完整版)数据机房专用空调能耗评估与分析

数据中心能耗指标

1. PUE

PUE ( Power Usage Effectiveness，电能利用效率)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综合指标，其计算公式为：

PUE = P Total / P IT

其中，P Total 为数据中心总耗电，P IT 为数据中心中IT 设备耗电。

PUE 的实际含义，指的是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到

IT 设备上。数据中心机房的PUE 值越大，则表示制冷和供电等数据中心配套基础设施所消耗的电能越大。2. pPUE

pPUE(Partial Power Usage Effectiveness,局部PUE)是数据中心PUE概念的延伸，用于对数据中心的局部区域或设备的能效进行评估和分析。在采用pPUE 指标进行数据中心能效评测时,首先根据需要从数据中心中划分出不同的分区。其计算公式为：

pPUE1= (N1+I1) / I1

其中, N1+I1 为1 区的总能耗, I1 为1 区的IT 设备能耗。

局部PUE 用于反映数据中心的部分设备或区域的能效情况,其数值可能大于或小于整体

PUE,要提高整个数据中心的能源效率，一般要首先提升pPUE值较大的部分区域的能效。

3. CLF/PLF

CLF( Cooling Load Factor)称为制冷负载系数，PLF( Power Load Factor)称为供电负载系数)。CLF 定义为数据中心中制冷设备耗电与IT 设备耗电的比值；PLF 定义为数据中心中供配电系统耗电与IT 设备耗电的比值。

CLF 和PLF 是PUE 的补充和深化,通过分别计算这两个指标,可以进一步深入分析制冷系统和供配电系统的能源效率。

4. RER

RER( Renewable Energy Ratio，可再生能源利用率)是用于衡量数据中心利用可再生能源的情况,以促进太阳能、风能、水能等可再生,无碳排放或极少碳排放的能源利用的指标。

一般情况下, RER 是指在自然界中可以循环再生的能源, 主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

专用空调系统能耗评估与分析

冷源的效率

能耗分析：

在专用空调系统里面，冷源分为大型的冷水机组与小型的制冷压缩机空调，二者的能耗是整个空调系统能耗的最主要部分。因此在数据中心的设计和实施过程中，如何提高冷水机组(或风冷精密空调)的运行效率，并且减少其运行时间，需要重点考虑。对于现有的数据中心，其空调冷源普遍存在有待优化问题如下：(1) 冷冻水的供水温度(或空调送风温度)设计过低考虑到标准工况是空调设备的产品设计和性能参数比较的基准和依据，同时标准工况的供水温度，是除湿的最高温度，因此在民用建筑空调系统，空调冷水的设计通常采用标准工况，设计供回水温度为7/12 C。但对于专用空调系统，通常末端的显热量占了95%以上，几乎

没有湿负荷，因此在相同的供回水温差下，空调供水温度完全可以高于7C,从而提高冷水

机主的蒸发温度，提高制冷循环的效率。

而对于风冷型空调，根据电子计算机机房设计规范，数据中心要求温度控制在23 ±1C,

而如果将机房空调的回风温度设置为此温度，则空调的出风温度通常需要小于18C，而蒸

发温度的降低必然会降低空调的制冷效率。但是随着芯片技术的发展和提高，其温度耐受范围正在不断扩大，IT设备的正常运行温度也不断提高。因此，在最新的ASHRAE t荐的环境

温度范围，设计温度最高可到27 C,甚至更高。

相关工程经验与厂家资料表明，采用中温冷冻水系统，提高冷冻水供回水温度至12/18 C,

水冷机组COP值可从5.5提高至7.0，预计节能15〜20%。因此，正确选用或合理设定冷冻水的供水温度，提高能效比，是空调系统节能的有效措施。而相关研究表明，制冷环境温度增加1C,可能产生5%~10%的能耗变化。此外，提高精密空调的送风温度和提高冷冻水的出水温度，可以有效的延长节能经济器的使用时间，大大降低冷源压缩机的运转时间，取得良好的节能效果。

(2) 没有充分利用自然冷源。

对于很多中小型数据机房，通常采用风冷直膨式空调进行制冷，室内压缩机全年24h、不

间断运转，使得机房产生持续、巨大的耗电量。因此，专用空调系统在设计时，必须要考虑空调系统全年制冷的运行模式，合理地利用天然的冷源，从而大量减少机械制冷的能耗。

对于采用风冷直膨式空调的机房，可以设计风侧经济器，当室外环境干球温度低于室内设

计温度时直接引室外新风进行制冷或者通过设置中间换热器对室内间接冷却；用冷却塔或

对于有条件采

者干式冷却器进行供冷的，可利用室外的低温空气产生低温冷冻水，直接给空调的末端

设备提高冷量。

（3）制冷设备的部分负荷运行，运行效率低

由于冷水机组（或者风冷型精密空调）的设计选型中，往往需要留有余量，或者考虑后期

的扩容选择了容量较大的机组，其运行最高效率点一般在60%〜80%负荷左右。而数据中心

冷水机组（或精密空调）绝大部分时间都运行在部分负荷工况下，使得运行效率将显著降低，从而增加空调

系统的能耗。

优化措施：

1. 提高冷冻水的出水（空调的送风）设计温度

对于专用空调系统，通过提高冷冻水的出水或空调的送风温度，一方面可以提高冷机（空调）的制冷循环效率，另一方面可以有效地延长经济器的运行时间，从而极大地提高整个空

调系统的运行效率。同时使得末端的冷冻水空调运行在干工况，湿和再

避免空调机组对空气进行除

热，极大地减少了能量的损失。

2. 降低冷却塔的冬季设计逼近温度值

由于专用空调系统的冷却塔在设计选型时，需要充分考虑夏季极端湿球温度与冬季自由冷却的运行工况，而降低冷却塔的冬季设计逼近温度值，即冬季湿球温度设定越高，可以有效延长专用空调系统的自由冷却时间，对节约能耗越有利。

3. 减少机械制冷时间，利用水侧（风侧）经济器进行自然冷却

由于数据中心的全年制冷需求，因此当室外空气的干球温度或湿球温度较低时，设置水侧经济器（风侧经济器）直接利用室外冷量直接产生冷水，部分或全部满足机房的制冷需要，从而实现自然冷却，减少冷机（空调）的开机时间。

4. 冷机（或空调）的变频调节和蓄冷技术的应用

冷水机组（或风冷型精密空调）运用变频控制技术，根据末端供冷量的需求，自动调整机组压缩机的功率输出，使机组经济运行，自动控制，达到安全节能的目的。对于大型的离心式冷水机组采用变频调速装置后，控制系统能够同步调节导流叶片开关度和电机转速，使冷水机组的运行效率大大增加，并且小负荷运行时避免“喘振”现象的发生。

在初期运行时，由于机房设备负荷很小，可以停止冷水机组工作，利用蓄冷罐对末端空调设备进行供冷，从而保护冷水机组，提高其运行效率。此外，充分利用备用的冷水机组与应急蓄冷系统，夜间利用低谷电对蓄冷罐进行充冷，白天利用蓄冷罐进行供冷，对于有分时峰、谷电差价的地区，还可以显著降低空调系统的运行费用，有效平衡电网负荷。

二、数据机房的气流组织

能耗分析：

在现有的数据中心机房的气流组织存在较多问题，特别是早期建设的数据机房，气流组织较为混乱，机房的降温效果不理想，具体问题归纳如下：

(1) 机柜的同向摆放，导致前排机柜出风的热空气直接排至后排机柜的进风口，使得冷热气流混合非常

明显，严重浪费空调的冷量；