大型数据中心空调制冷系统的节能技术研究

数据中心空调节能设计技术措施研究发布时间：2022-09-22T09:35:47.199Z 来源：《工程建设标准化》2022年第5月10期作者：江诗兵[导读] 数据中心核心机柜的散热甚至达到2000w/m2以上，抵消此散热的能耗中空调能耗占比80%以上江诗兵中国电子系统工程第四建设有限公司河北石家庄 050000摘要数据中心核心机柜的散热甚至达到2000w/m2以上，抵消此散热的能耗中空调能耗占比80%以上，很显然空调能耗降低，于国于民意义重大；这部分热量主要以显热为主，通过充分利用自然冷源、提高热交换效率，可以减少能源消耗，降低PUE值。

在数据中心的建设中地域的选择、自然冷源的利用方式、能量的输送方式、末端盘管的排列方式是降低能耗的重要技术措施，总结各种能耗的降低措施和分析方法为数据中心的设计、施工、运维提供强有力的技术保证。

关键词数据中心能耗分析节能措施0引言现代物联网、云计算、互联网、大数据中心等现代化信息技术已经成为国家经济的重要支柱。

信息化的基础是数据中心，可以说没有数据中心就没有信息化的发展。

决定数据中心级别的因数很多，比如容错系统、宕机时间、电源系统、区域备份等，但是数据中心的能耗PUE（新政要求小于1.3）指标无疑是需要考虑的重要因数。

而PUE的考虑因数包括：IT设备的能耗，空调的能耗、供电能耗。

其中空调能耗约占总能耗的40%以上，是本论文研究的重点方向。

1 数据中心的特点和能源消耗1.1特点数据中心能源消耗的技术特点1热负荷强度高，设备散热量大，散湿量小，（甚至达到2000w/m2)2显热比高，冷水供水7~21℃，回水可以在12~27温度之间3循环送风采用大风量，小焓差4全年供冷运行，负荷变动不大5要求可靠性高6机柜进风温度范围:18~27℃，小于60%，露点5.5~15之间1.2 能源消耗数据中心的能耗主要包括IT机柜的耗电、空调的耗电以及供电能耗。

图1 数据中心能源消耗结构分析1.3 能源消耗由图1可以看出数据中心的能源消耗包括：数据机柜、冷热源设备（冷冻机、冷却塔、风机、水泵、空调机等能量输送设备）、照明以及电气设备产生的无功功率损耗等，其中数据机柜所消耗的能源最大，这部分能源属于机柜的固定属性，能耗大小主要在于业主的选择，不在本文讨论的范围内，但是在抵消机柜散热所产生的能耗中，冷热源设备是能耗大户，占比达到能耗的40%以上。

《数据中心采用冷却塔间接自然冷却技术的能耗分析》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，数据中心作为存储和处理海量数据的场所，其能耗问题日益突出。

在数据中心的冷却系统中，传统的机械制冷方式能耗巨大，对环境造成压力。

因此，寻找高效、环保的冷却技术成为数据中心运营的重要课题。

近年来，冷却塔间接自然冷却技术因其高效节能、环保的特点在数据中心中得到广泛应用。

本文将针对数据中心采用冷却塔间接自然冷却技术的能耗进行分析。

二、数据中心能耗现状及问题分析数据中心运行过程中，IT设备和冷却系统是主要的能耗来源。

传统的机械制冷方式主要依靠压缩机制冷，这种方式的能耗高，对环境产生较大的影响。

尤其是在高温、高湿度的环境中，传统机械制冷方式的能耗更加显著。

同时，数据中心的大量设备长时间运行产生的热量也需有效处理。

三、冷却塔间接自然冷却技术概述冷却塔间接自然冷却技术利用夜间低温自然环境为数据中心进行降温。

其工作原理是通过水在冷却塔中的蒸发吸热，将热量从数据中心转移到外部环境中。

这种技术无需压缩机制冷，大大降低了能耗。

同时，夜间温度较低时进行降温，也避免了白天高温时设备的过度负荷运行。

四、能耗分析1. 节能效果分析采用冷却塔间接自然冷却技术后，数据中心的能耗显著降低。

特别是在夜间，通过自然冷源替代机械制冷，大幅度减少了电能消耗。

在白天高温时段，也可以降低机械制冷的负荷，从而实现节能目标。

此外，该技术还可以与现有的制冷系统进行有机结合，实现整体能效的提升。

2. 能耗成本分析采用冷却塔间接自然冷却技术后，数据中心的能耗成本明显降低。

由于减少了电能消耗，长期来看可以为企业节省大量能源费用。

同时，该技术无需额外的设备投入，只需对现有系统进行改造和优化，降低了企业的投资成本。

五、结论与建议通过对数据中心采用冷却塔间接自然冷却技术的能耗分析可以看出，该技术在降低能耗、节约能源成本方面具有显著优势。

同时，该技术还能减少对环境的影响，符合绿色、环保的发展趋势。

大型数据中心的节能与环境影响评估研究随着数字化时代的到来，大型数据中心已经成为现代社会的基石。

然而，庞大的能源消耗与环境影响逐渐引起了人们的担忧和关注。

因此，对大型数据中心的节能与环境影响进行评估研究，成为了当今重要的课题。

1. 能源消耗分析大型数据中心的能源消耗主要集中在计算设备、冷却系统、照明等方面。

为了评估其节能潜力与改进空间，首先需要进行详细的能源消耗分析。

通过监测电力使用情况、设备功耗以及冷却系统的能效等方面，可以准确了解数据中心的能源消耗状况，为制定节能方案提供依据。

2. 节能技术应用大型数据中心的节能技术主要包括服务器虚拟化、动态电压频率调整、精确空调控制等。

其中，服务器虚拟化是一种通过软件将多台服务器虚拟成一台实现多任务处理的技术，可以大大提高服务器的利用率。

动态电压频率调整则可以根据负载需求对服务器的供电和工作频率进行自适应调整，降低能耗。

精确空调控制可以根据实际需求对机房温度和湿度进行精确控制，避免过度供冷和浪费能源。

因此，在评估节能潜力的基础上，需要综合利用这些技术手段，实现大型数据中心的节能目标。

3. 数据中心排放影响评估应当意识到，大型数据中心不仅消耗大量能源，还会带来环境污染和碳排放问题。

因此，对其环境影响进行评估非常重要。

一方面，需要评估大型数据中心排放的二氧化碳、氮氧化物以及其他空气污染物的数量和分布情况。

另一方面，还需要评估数据中心对水源、土壤和生态系统的潜在影响。

通过设计合理的环境影响评估指标和方法，可以全面了解大型数据中心对环境的影响程度，为环境保护提供科学依据。

4. 环境友好型数据中心建设为了解决大型数据中心的能耗和环境问题，建设环境友好型的数据中心成为了未来的趋势。

环境友好型数据中心不仅节能减排，而且注重资源再利用和循环经济。

例如，采用可再生能源作为主要能源供应，实现零碳排放；使用高效的冷却系统，减少能源消耗；并实行热能回收，将废热利用于供热或供电等。

此外，还可以考虑建设与自然环境融合的绿色数据中心，如利用屋顶种植植物进行降温和节能，设置自然通风通道等。

数据中心暖通空调节能技术研究◎邢志慧前言随着电子信息技术的飞速发展，数据中心单个机柜的功率密度越来越高，有3kW、4kW、6kW 甚至更高，超过10kW。

机房局部过热因热量集中而加剧，机房单位面积空调冷负荷快速增加。

根据目前国内的调查数据，IT 设备能耗约占总能耗的50%，空调能耗约占40%，电源能耗约占10%。

因此，空调系统的节能是数据中心节能的关键，是降低数据中心能耗的重要途径，数据中心的节能潜力是最高的。

一、数据中心环境条件数据中心IT 设备是处于全年不间断运行中，对运行环境（温度、湿度、空气洁净度）的要求非常严格。

一般数据中心温度保持在24摄氏度左右，湿度控制在40%-60%以内，清洁度比较高。

根据GB50174-2017《数据中心设计规范》规定，粉尘浓度，A 级和B 主机房是静态的，以下测试要求每升空气中大于0.5μm 的灰尘颗粒少于18，000个。

二、数据中心空调的特点与传统舒适型空调不同，数据中心空调主要具有热负荷强度高、设备散热能力大、发湿量小、显热比高、风量大、焓差小等特点。

温湿度控制，常年制冷运行，可靠性高。

三、数据中心空调节能措施1.利用自然冷源。

机房空调一年四季都需要制冷，而当室外温度变化的季节低于室内温度时，自然界的冷源非常丰富，如何利用自然冷源进行制冷是节能的关键。

减少机房空调的排放。

根据采用的各种技术措施，可分为新风自然冷却、乙二醇双冷源系统和氟泵空调系统。

（1）新风自然冷却。

外部空气自然冷却是通过向机房输送低温外部空气来IT 设备散热，它由进（出）风管道、风扇及其控制系统组成。

在冬春秋季过渡期，当室外温度较低时，启动新风系统，过滤室外冷空气，然后进入机房自动散热。

新风虽然是直接流入的过滤，但不建议在大型机房使用，因为灰尘不可避免地进入，降低机房的清洁度，影响通信设备的安全。

可用于对洁净度要求较高的通信枢纽建筑、一般机房、小型基站等。

（2）乙二醇双冷源。

图1乙二醇双冷源空调系统示意图因为乙二醇的凝固点比较低，室外温度低时不容易结冰。

数据中心空调系统节能技术分析摘要：降低暖通空调运行能耗对降低数据中心能源需求的作用明显。

针对数据中心空调系统能耗比例过高的现状,分析空调系统的特点和高能耗的原因,并对建筑布局与围护结构优化、自然冷却技术、冷热通道封闭、高效冷源和提高冷冻水温度等5种常用的暖通空调节能技术进行分析,从而为数据中心空调系统的综合节能建设与改造提供参考和依据。

关键词：数据中心;暖通空调;高能耗;建筑布局;围护结构优化;自然冷却技术;前言：近年来,随着各个行业信息化发展的不断深入和信息量的爆炸式增长,数据中心建设呈现快速增长趋势,运营商、互联网企业、金融、政府、制造业等各个行业都在规划、建设和改造各自的数据中心。

数据中心建设在负荷密度和可靠性方面面临着极高的要求,研究表明,一般商业建筑能耗为50~110W/㎡,而数据中心的能耗为120~940W/㎡。

并且,数据机房的建设涉及金融、通讯、政府等行业均对数据机房运行时的可靠性、安全性要很高的要求,其中包括环境的温湿度、洁净度的稳定性。

所以,制冷系统设计与选择在数据中心建设中十分重要。

通常,空调系统自身能耗占数据中心总能耗约1/3,是降低能源消耗的关键,具有很大的节能潜力。

因此,研究和优选合理的空调系统节能技术可有效降低数据中心的整体能耗。

1.数据中心空调系统特点分析1.1供冷时间长,送风参数相对稳定。

数据机房负荷主要来自IT设备发热量,IT设备需要全年运行,即使在冬季室外温度较低时,机房模块内仍有制冷需求,要求空调设备长时间供冷。

数据中心围护结构散热量、人员等负荷相对较小,设备全年冷负荷变化不大,因此数据中心空调送风参数比较稳定。

1.2显热大,潜热小。

大部分数据机房为无人值守,室内无散湿源,且新风比例低。

空调设备主要作用为控制室内显热,除湿负荷小,热湿比趋于+∞。

为满足机房室内温湿度要求,空调系统具有送风温差小、送风量大的特点。

2.数据中心空调系统节能技术2.1自然冷却技术数据中心通常都需要常年不间断供冷,常规的制冷系统,室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组也需要照常运行。

论点 ARGUMENT 理论研究82数据中心机房制冷系统节能分析文/盛元红（中国移动通信集团浙江有限公司，浙江杭州 310020）摘要：伴随着我国电力可再生性能源的日益短缺和环境问题的日益严重,高新技术公司越来越高度重视制冷节电的技术,特别是该技术在数据中心机房的运用。

本文总结了企业数据中心机房中一些较为常见的制冷及节能改造技术,以期为广大企业用户进行数据中心机房节能设计改建提供有益的借鉴。

关键词：数据中心；制冷节电；节能技术现阶段，绿色环保理念不断深入人心，如何在数据中心机房制冷系统中全面运用节能环保技术以减少制冷系统的耗能，是数据中心设计规划、开发和建设全过程中需要考虑和解决的一个重要问题。

[1]1.数据中心机房空调制冷系统特点数据中心建设主要包含三大基础板块——机房空调基本建设、空调制冷、配电设备建设等，其总占地面积可以达到上万平方米。

为了更好地保证三大基础板块的建设平衡，提升资源使用率，施工单位往往会调节配电和制冷设备建设，以调节总体资源达到均衡水平。

数据中心的基本建设总耗能占建筑成本费用的76%，建筑成本中制冷系统的建设占总成本的21%，因此必须节省数据中心的制冷能源。

2.数据中心空调制冷方式2.1机房级制冷中央空调布局在计算机房(分布式系统或中间布局)，冷空气通过防静电地板下的正压力通风系统或吊顶上的风道，向冷气通道进行送风。

针对热相对密度为5kW 的机柜，施工单位依据热冷安全通道布局标准，将机柜顶端也转化成部分热点。

[2]为了更好地处理热点问题，机房级制冷可以通过冷(热)通道封闭的形式，避免柜后排出来的暖空气注入柜前侧的进风口。

这种形式可以简单处理8~10kW 机柜的发烫问题。

在设计方面，为了更好地封闭冷(热)通道和提升空调机组制冷效率，设计人员务必集中放置高热密度的机柜。

2.2机柜冷池级制冷和机柜级制冷理论研究论点ARGUMENT83制冷器为每一个制冷终端设备提供凉水或空调氟利昂，以降低暖空气产生的发热量。

浅谈大型数据中心空调冷却系统的应用和节能技术互联网、大数据等技术的蓬勃发展使其重要基础设施之一的数据中心体现出规模大，能耗高，可用度和可维护性要求也极高的特点。

大型数据中心空调制冷系统的构成复杂，使用时耗能大，以环保为核心的大趋势下，节能是各类系统优化的基本方向。

本文分析了大型数据中心空调冷却系统的特点、设置方式和节能技术措施，为今后数据中心或智能化控制中心项目建设提供制冷系统的设计依据和技术参考。

标签：空调制冷系统;节能技术;水蓄冷我国已大步迈入数字化、信息化、智能化的时代，产业和结构升级调整催生了新兴的技术和产业，工程建设领域也紧跟时代步伐不断推陈出新，满足精益化、节能化、环保化的大众需求。

数据中心设备产热量高，空调制冷系统负担的冷负荷大，运行电耗成本高，对安全性和系统稳定性的要求等因素都需要建设、设计、使用等单位的高度重视。

一、大型数据中心空调冷却系统的特点大型数据中心包含IT机房（含空调用户设施），空调机房制冷系统，电力机房供电系统三大基础性资源[1]。

数据中心占地面积大，全生命周期内空调系统制冷能耗成本占比高;数据中心全年不间断运行，对制冷系统和电力供应系统设置提出更高要求;且建设阶段要兼顾空调冷却系统的运行监控和维修保养，集中管理，及时反馈，便于操作，缩短故障设备恢复使用时间，甚至智能预测和诊断。

分散式空调能效低，故大型数据中心一般多采用集中式水冷空调系统来降低能耗，数据中心制冷负荷大，空调冷却系统需设多台大冷量冷水机组才能满足使用，依据《数据中心设计规范》GB50174-2017的要求，数据中心按重要程度可划分A级、B级和C级，A级对设备备用系数要求最高，按制冷主机和水泵、冷却塔、IT机房专用空调为N+x冗余，配套冷冻和冷却水管为双供双回，环形布置，保证数据中心制冷系统的高可用性和可维护性。

二、大型数据中心空调冷却系统的设置（一）空调机房制冷系统的两种连接方式利用水冷式空调冷却系统为数据中心散热，为其提供符合运行要求的环境。

数据中心双冷源空调系统能耗分析摘要：对数据中心空调系统的节能优化是解决数据中心能耗巨大问题的有效方法之一，是实现可持续发展和节能减排的重要手段。

本文通过对数据中心双冷源空调系统的能耗分析，从自身风机功耗、不同负荷下的能耗等方面进行分析，提出双冷源空调节能运行策略，为同类型数据中心空调节能运行提供参考。

关键词：数据中心双冷源空调节能1、前言随着万物互联的推进，数据中心的发展也日益壮大，但其巨大的电力消耗也引人关注，空调制冷系统作为保证数据中心稳定运行的重要组成部分，其能耗约占数据中心总能耗的45%，降低制冷能耗是提高数据中心能效的有效方法之一[1]。

因此，需对其空调制冷系统能耗进行合理分析，提出优化的节能运行方法，从而实现降低数据中心PUE的目的。

本文将结合深圳联通某数据中心双冷源空调运营管理经验，从可靠性与节能性的角度出发，分析数据中心双冷源空调系统的运行特点。

2、数据中心空调系统特点为确保制冷系统的高可用性，国内外数据中心机房建设标准规范均对制冷系统在冗余方面提出了严格要求。

根据数据中心的规模以及当地气候环境等因素的不同，数据中心空调制冷系统的选择也存在差异。

根据冷源选择的不同，目前常见的数据中心空调有风冷空调系统、水冷冷水空调系统、双冷源空调系统等。

1.1风冷冷风型精密空调系统风冷冷风型精密空调系统主要由室内精密空调与室外冷凝器组成，每台空调为一个独立的循环和控制[2]，一般采用制冷剂作为传热介质，主要依靠室外风冷冷凝器与外界进行换热。

其主要特点是技术成熟，安装和维护方便，每个机房为“N+X”的冗余备机方式，不会因单台故障而使得机房高温的事故发生。

但由于室外机数量较多，不仅需要较大的占地面积，还会影响其散热环境；同时室内机与室外机的安装也会受到二者的距离和高度的限制。

由于自身的局限性，因此风冷冷风型精密空调系统主要在小型数据中心中应用较多，不适合在大型数据中心中使用。

此外，风冷系统能耗主要受大气的干球温度影响，因此其能耗一般要高于水冷系统。

数据中心的节能研究在当今数字化飞速发展的时代，数据中心已成为支撑各类信息技术应用的关键基础设施。

然而，随着数据中心规模的不断扩大和业务需求的持续增长，其能耗问题日益凸显。

高能耗不仅带来了巨大的运营成本，还对环境造成了较大的压力。

因此，深入研究数据中心的节能技术和策略具有重要的现实意义。

数据中心的能耗构成较为复杂，主要包括服务器、存储设备、网络设备、冷却系统和供电系统等多个部分。

其中，服务器和冷却系统往往是能耗的“大户”。

服务器在运行过程中，需要消耗大量的电能来处理数据和执行计算任务。

而冷却系统则要确保设备在适宜的温度环境下工作，防止过热导致故障，其能耗也不容小觑。

为了降低数据中心的能耗，首先可以从服务器的优化入手。

采用更高效的处理器、优化服务器的配置以及实施虚拟化技术等都是有效的手段。

高效的处理器能够在相同的性能需求下降低电能消耗。

通过合理配置服务器的资源，可以避免资源闲置和浪费。

虚拟化技术则可以将多个物理服务器整合为一个逻辑服务器，提高服务器的利用率，从而减少服务器的数量，降低总体能耗。

存储设备的节能也不容忽视。

采用具有节能特性的存储技术，如固态硬盘（SSD）替代传统的机械硬盘（HDD），能够显著降低能耗。

此外，合理规划数据的存储策略，删除不必要的数据，以及采用数据压缩和重复数据删除等技术，都可以减少存储设备的工作负载，达到节能的目的。

网络设备方面，选择节能型的交换机和路由器，并合理规划网络拓扑结构，减少网络设备的数量和传输距离，能够降低网络设备的能耗。

同时，采用智能的网络流量管理技术，根据业务需求动态调整网络带宽，避免网络资源的浪费。

冷却系统的节能是数据中心节能的重点之一。

传统的冷却方式如风冷和水冷，存在着能耗高、效率低的问题。

近年来，一些新型的冷却技术逐渐崭露头角。

例如，液冷技术通过将冷却液直接与发热部件接触，能够更高效地带走热量，大幅提高冷却效率，降低冷却系统的能耗。

此外，自然冷却技术也是一个不错的选择。