大型数据中心节能技术

大型数据中心节能技术

目前就职于微软的数据中心最有影响的专家Christian Belady在2006年提出数据中心能

源利用率（PUE）的概念。如今，PUE已发展成为一个全球性的数据中心能耗标准。数据中

心的PUE的值等于数据中心总能耗与IT设备能耗的比值，比值越小，表示数据中心的能源

利用率越高，该数据中心越符合低碳、节能的标准。

目前国内一些小规模的传统数据中心，PUE值可能高达3左右，这意味着IT设备每消耗1瓦特电力，数据中心基础设施便需要消耗2瓦特电力。据网络上收集的相关信息，目前GDS在建的4个机房在与第三方设计单位签约时，都是按照PUE值等于 1.8的标准进行规划的。世纪互联近五年建设的水冷数据中心的PUE值在 1.5左右。鹏博士酒仙桥大型数据中

心的PUE 设计值不超过 1.5。根据收集相关网站信息，全球最最节能的5个数据中心分别是：■雅虎“鸡窝”式数据中心（PUE=1.08）

雅虎在纽约洛克波特的数据中心，位于纽约州北部不远的尼亚加拉大瀑布，每幢建筑看上去就像一个巨大的鸡窝，该建筑本身就是一个空气处理程序，整个建筑是为了更好的‘呼吸’，有一个很大的天窗和阻尼器来控制气流。

■Facebook数据中心（PUE=1.15）

Facebook的数据中心采用新的配电设计，免除了传统的数据中心不间断电源(UPS)和配电单元(PDUs)，把数据中心的UPS和电池备份功能转移到机柜，每个服务器电力供应增加了

一个12伏的电池。同时Facebook也在使用新鲜空气进行自然冷却。

■谷歌比利时数据中心（PUE=1.16）

谷歌比利时数据中心竟然没有空调!根据谷歌公司工程师的说法，比利时的气候几乎可

以全年支持免费的冷却，平均每年只有7天气温不符合免费冷却系统的要求。夏季布鲁塞尔最高气温达到66至71华氏度（19-22℃），然而谷歌数据中心的温度超过80华氏度（27℃）。

■惠普英国温耶德数据中心（PUE=1.16）

惠普英国温耶德数据中心利用来自北海的凉爽的海风进行冷却。

■微软都柏林数据中心（PUE=1.25）

微软爱尔兰都柏林数据中心，采用创新设计的“免费冷却”系统和热通道控制，使其

PUE值远低于微软其他数据中心的 1.6。

从上面可以看出，降低PUE最有效的措施是采用免费自然制冷措施和替代传统的UPS 系统。对于数据中心，其能耗一般由IT设备能

源消耗、UPS转化能源消耗、制冷系统能源消

耗、照明系统和新风系统的能源消耗以及门禁、

消防、闭路电视监控等弱电系统能源消耗五部

分组成。如果需要降低PUE的值，就需要从以

下四个方面采取措施。

■采用转换效率高的UPS系统。目前，新

一代数据中心的设计基本采用新型的高频

（IGBT技术）UPS系统，电源转换效率和功率

因数都比传统的工频（可控硅技术）UPS系统

有非常大的提升，而且重量轻和体积小。由于UPS的电源转换效率和负载率成正向关系，

因此在设计和运维时要尽可能提高UPS的负载率。目前国内电信和联通都在提倡使用高压

直流UPS系统，取消了传统意义上UPS的逆变功能，不仅电源转换效率提高3到5个百分点，而且可靠性大大提高。上面介绍Google和Facebook干脆在数据中心取消了传统的UPS 系统，把电池和服务器的电源相结合，在正常运营时完全没有额外的能源消耗。

■采用高效节能的绿色制冷系统。主要是采用水冷空调和自然制冷措施，下面做详细

介绍。

■采用LED绿色节能光源取代或部分取代传统光源，据了解，目前在世纪互联和鹏博

士的数据中心部分机柜上已经安装LED光源。另外就是运维管理，做到人走灯关，根据人员情况确定新风系统的运行时间和风量。

■弱电系统总的能源消耗很小，一般不需要过多关注。但是如果可能的话，最好采用

集中的高效直流供电系统，因为一般分布式的小型直流电源系统转换效率低，功率因数也低。

1、适合数据中心的空调系统介绍

由于数据中心的发热量很大且要求基本恒温恒湿永远连续运行，因此能适合其使用的空

调系统要求可靠性高（一般设计都有冗余备机）、制冷量大、小温差和大风量。

空调系统的制冷能效比（COP）是指空调器在额定工况下制冷运行时，制冷量与有效输

入功率之比。该数值的大小反映出不同空调产品的节能情况。空调系统的制冷能效比数值越大，表明该产品使用时产生相同制冷量时所需要消耗的电功率就越小，则在单位时间内，该空调产品的耗电量也就相对越少。

新的强制性国家标准《房间空气调节器能效限定值及能效等级》（GB12012.3-2010）由国家质检总局、国家标准委于2010年2月26日发布，从6月1日起将在全国范围内实施。此标准规定14000W制冷量以下民用空调器能效等级指标以及试验方法、检验规则、房间空调器产品新的能效限定值、节能评价值等。

国家强制性房间空调器能效等级标准

类型额定制冷量（CC)

能效等级

1 2 3

整体式 3.30 3.10 2.90

分体式CC≦4500W 3.60 3.40 3.20 4500W

针对空调系统制的冷能效比，需要特别说明以下两点：

■厂家给出的空调系统制冷能效比是在额定的工况条件下测试的，实际工况一般都要

比额定工况差很多（包括负载和环境），因此空调系统的实际运行的能效比都要比厂家给出

的低很多。

■针对数据中心的空调系统尤其特殊，一是全年不间断运行，工况差别非常的大；二

是温度湿度控制精度高，除湿、加湿、加热、小温差大风量等比一般民用空调系统消耗的附

加能量更多。

1.1 风冷精密空调

这是数据中心最传统的制冷解决方案，单机制冷能力一般都在50到200KW之间，一个数据机房一般都是安装多台才能满足需要。下面是风冷精密空调的工作原理图。