低負載率下數據機房綠色節能技術應用

褚宏奎

摘要：文章主要研究的是綠色節能技術在低負載率下數據機房中的應用策略，包括數據機房能耗情況以及低負載率下綠色節能技術在其中的應用策略分析。經分析發現，在數據機房的空調系統、新風系統、變頻空調、氣流組織、供電子系統以及照明系統中合理應用綠色節能技術，可以獲得良好的節能效果。希望本文可以為綠色節能技術的應用與數據機房節能降耗效果的提升提供科學的參考。

關鍵詞：綠色節能技術；低負載率；數據機房；能耗

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.039

中圖分類號：TP 308? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-0-03

1? ?數據機房能耗情況

1.1 數據機房能耗現狀

在對數據機房運行過程中的能耗進行計算時，需要將數據中心總能源消耗和IT負載能源消耗的比值（PUE）作為其電能應用效率的衡量指標。經計算發現，如果PUE的值與1接近，數據中心機房便具有較高的節能效果。但是就目前的很多數據機房來看，其PUE值通常為1.6～1.9[1]。尤其是近年來，由于我國信息產業的快速發展，其數據機房的能耗問題也日益嚴重。在這樣的情況下，綠色節能也就成為了數據機房的一個主要建設目標和發展方向。

1.2 數據機房能耗原因

就目前來看，我國數據機房能耗過高的主要原因包括以下幾個方面：一是機房中的設備雖然容量較低，但卻具有較高能耗，這是目前數據機房中比較常見的問題。二是空調制冷系統達不到理想的利用率，且空調設備應用的是分期策略，這樣便會出現空調空置現象。加之大型冰冷空調系統在當前的數據機房中并未實現廣泛應用，而其空調的能耗比較高。三是如果數據機房中的供電系統布置不夠合理，供電設備負載率較低，或存在冗余供電線路等情況下，就會加大數據機房的電能消耗。這些都是導致數據機房運行中產生過多能耗的主要原因。

2? ?低負載率下綠色節能技術在數據機房中的主要應用策略

2.1 空調系統的綠色節能技術應用

通常情況下，數據機房中空調系統中的綠色節能技術包括以下幾個方面。

（1）系統綠色節能技術。合理計算空調的制冷量需求，再以此為依據來匹配空調主機，盡量不要僅選擇一臺制冷量大的空調，而是應設置若干臺制冷量適宜的緊密型空調，并根據機房實際的制冷需求，采用自動化控制系統來合理控制其運行模式與運行參數。這樣才可以使機房中的空調處在最佳運行狀態，在滿足機房實際制冷需求的同時避免大機組低負荷運行所產生的能耗。

（2）熱交換綠色節能技術。由于長時間連續運行的熱交換器表面會附著較多的污垢和灰塵等雜質，增大其阻力，導致熱交換效率降低，產生較大能耗，因此，運維人員應定期做好熱交換器的清潔與維護工作，尤其是對于冷凝器，更應該按要求做好清理維護。

（3）動力設備綠色節能技術。數據機房空調系統中的動力設備主要包括風機電機和壓縮機電機等，在具體應用中，為降低其運行能耗，可盡量將變頻控制技術應用其中，讓空調主機可以根據實際制冷需求來運行[2]。如果空調系統比較大，還可以采用多個動力機搭配的方式來統籌運行，以此來降低動力設備能耗。

（4）介質輸送綠色節能技術?？照{系統中最為主要的介質輸送是冷媒管對于冷熱介質的輸送。降低此方面的能耗最為有效的技術措施是做好管路系統的保溫工作。在空調系統長時間連續運行之后，運維人員應全面檢查其管路系統中的保溫層，并根據實際情況做好保溫層的修復補損處理，盡最大限度降低管路系統中的熱量損耗。同時也需要對過濾部位做好清潔處理，以此來降低其阻力，在降低介質輸送能耗的同時提升機房空氣質量。

2.2 新風系統的綠色節能技術應用

在對數據機房實施綠色節能改造時，除了需要將合理的綠色節能技術應用到空調系統自身的節能改造中，還需要對新風系統實施合理的綠色節能改造。綜合以往的實踐應用和綠色節能改造經驗，新風處理設備的合理選擇以及設備運行的合理控制是最關鍵的新風系統節能降耗技術措施?；诖?，工作人員一定要結合數據機房的實際情況及其對新風系統的應用需求等，為其選擇合理的新風處理設備，以免出現設備選擇不當所導致的能耗過大問題。同時應采用變頻控制技術或自動化控制技術等來合理控制新風系統的運行模式及其運行參數，在滿足機房實際新風需求的同時降低系統能耗。另外，工作人員也需要對新風的引入加以合理控制。通常情況下，新風引入需要重點考慮以下幾方面：一是與數據機房所在地環保部門積極合作，共同確保當地的空氣質量，使其滿足新風系統的運行標準。二是結合實際情況，合理控制新風引入口到數據機房室內的距離，避免距離過大使新風進入機房室內后受到二次污染。三是選擇吸附能力足夠好、殺菌性能足夠強的過濾網，以此來確保新風質量，降低污染，并及時做好過濾網的清洗或更換處理，使風口保持清潔[3]。通過此方式可以有效確保數據機房新風系統的運行效果，在充分滿足機房實際新風引入需求的同時降低系統能耗，從而達到良好的綠色節能改造目標。

2.3 變頻空調的綠色節能技術應用

當今，隨著變頻控制技術的應用和發展，變頻空調已經在越來越多的數據機房中投入應用。相對傳統的定頻空調而言，變頻空調具備更加明顯的能源節約優勢。變頻空調的內部設置了變頻控制器，它可以根據實際需求來合理調節壓縮機轉速以及是否連續制冷，其運行中產生的噪音很小，溫度曲線十分平緩，具備良好的節能效果。變頻空調的應用，可使數據機房中的空調系統具備更快的制冷速度。之所以會達到這一效果，是因為通過變頻技術的合理應用，可以在每次啟動空調時都使其功率達到最大，從而使空調系統達到最大風量，短時間之內便可將數據機房室內溫度降低到預定的溫度值。在室內溫度達到預定值之后，變頻空調中的壓縮機轉速會自動降低，使變頻空調維持在一個低耗能狀態。當數據機房中的溫度上升到設定上限時，變頻空調的運行功率將繼續提升到最大功率。如此循環控制，便可使數據機房中的溫度始終維持在設定標準范圍內，以此來滿足其中所有設備的運行需求，為數據機房創造一個良好的運行環境，同時也可以最大限度降低空調系統耗電量，并進一步延長其壓縮機的使用壽命。就目前的數據機房綠色節能改造來看，以變頻空調取代傳統的定頻空調，可使其壓縮機節約20%左右的能耗[4]。

為滿足變頻空調的實際應用需求，在確保其運行效果的同時達到理想化的節能降耗目標，技術人員可結合數據機房的實際情況，對以下幾種技術或設備加以合理應用。

（1）模糊控制技術。其主要原理是按若干個子系統對一個整體控制任務進行分解，使每一個子系統都能夠按照不同的控制需求來做出不同決策，從而實現整體系統控制性能的良好改善。將此項技術應用到變頻空調系統中，便可使空調能夠對數據機房內外的實際溫度變化做出及時準確的感知，并結合實際情況自動調節溫度，使其始終保持在設定的范圍之內，從而使變頻空調達到更好的節能降耗運行效果。圖1為基于數據機房變頻空調系統的模糊控制主要原理示意圖。

圖1 數據機房變頻空調系統的模糊控制主要原理示意圖

（2）超寬變頻技術。該技術屬于一種先進的計算機控制技術，將該技術合理應用到機房變頻空調系統中，可使其在短時間之內準確測量出機房中的環境溫度變化情況，并根據實際情況控制變頻空調的運行功率，從而使機房室內溫度始終保持在設定范圍之內。

（3）稀土永磁電機。該電機的轉子是稀土永磁，它可以為變頻空調壓縮機的寬頻幅運行及其運轉效率的提升提供幫助，從而最大限度地提升其節能降耗效果。

2.4 氣流組織的綠色節能技術應用

在現代數據機房的綠色節能改造中，對氣流組織進行合理優化，可以使其空調系統達到更好的節能效果。通常情況下，精密空調制冷系統的氣體組織內容主要有空調布設、送風口設置、回風口設置以及送風和回風方式設置等。其中，送風口設置對于整個空調系統的節能效果影響較大。對于送風口而言，在具體設置中，水平送風是最佳的設置方案。此種設計方案可使數據機房中設備密度過大或設備發熱不均所導致的局部溫度過高問題得以有效解決。在此過程中，為進一步降低機房中的設備運行能耗，工作人員可將過熱機組和空調內機結合到一起，并根據實際運行需求，將其中的部分柜組關閉，有效解決數據機房設備局部過熱問題，在確保設備運行效果的同時實現設備運行能耗的顯著降低。

2.5 供電子系統的綠色節能技術應用

通常情況下，數據機房供電子系統中的主要綠色節能技術包括以下兩種。

（1）對UPS配置進行合理優化。UPS的運行效率和其自身負載之間具有直接關系，對于數據機房中具有較高頻率和較高效率的設備而言，在實際運行中，其UPS效率可達到90%以上。為確保此類設備的運行質量及其節能效果，一般要求其負載率超過50%。若其負載率不足40%，便會使UPS自身的效率顯著降低，從而出現能耗過大的情況[5]。但是就目前來看，很多數據機房中的UPS負載率都比較低，通常不足30%?；诖?，為進一步提升其負載率，工作人員就需要結合實際情況，合理增加IT設備數量，以此來提升UPS自身的最大負載，使其超過50%，實現UPS配置的合理優化，提升整體數據機房的綠色節能效果。

（2）將UPS電池容量適當降低。為避免停電對數據機房的不良影響，很多數據機房中都設置了時間很長的電池容量。但是由于大容量電池具有很長的充放電時間，且在此過程中產生的能耗也很大，所以這樣的情況勢必會增加機房供電子系統能耗。因此，在具體的綠色節能改造中，工作人員也可以將UPS電池容量的合理降低用作一種主要的綠色節能技術手段。為達到這一目標，可通過UPS電池與能耗更低的柴油發電系統相結合的方式來保障停電時數據機房的電能供應。通常情況下，柴油發電系統可在停電之后的幾分鐘時間之內完成啟動，因此，對于其中的UPS電池，只需要設置30分鐘時間的容量，便可以滿足從UPS供電到柴油發電機供電的切換，從而達到良好的綠色節能效果。

2.6 照明系統的綠色節能技術應用

為進一步提升數據機房的綠色節能效果，在具體改造中，工作人員也需要使綠色節能技術在其照明系統中得以合理應用。就目前來看，數據機房照明系統里的綠色節能技術主要包括以下幾個方面：一是嚴格按照我國的相關規定，結合機房照明系統的實際應用需求，對該系統進行合理設計，將綠色節能型的燈具和光源應用到機房中，最大限度避免燈具亮度過大或亮度不均等情況的產生。二是將聲控、紅外感應等裝置合理應用到數據機房的照明控制系統，使不工作區域內的照明燈具及時關閉[6]。三是通過自動化、智能化調光技術來合理調節機房光照亮度。通過這些方式可以使數據機房中的光照系統設計得到合理優化，在滿足機房實際照明需求的同時最大限度地降低照明燈具所產生的能耗，從而達到良好的綠色節能改造效果。

3? ?結束語

綜上所述，綠色節能設計與改造是當今數據機房建設、應用及其發展中的必然選擇?；诖?，相關單位與工作人員需要深入研究其綠色節能技術，并結合實際情況，將其合理應用到數據機房的各個主要系統中，進一步提升機房中各個設備的運行效率，使其能耗得以有效降低。

參考文獻

[1] 黃國瑞，劉宏偉，趙耀，等．低負載率下數據機房綠色節能技術應用效果分析[J]．制冷與空調，2023（3）：70-76.

[2] 韓嘉騮．數據機房環境的節能管理[J]．中國新通信，2022（19）：41-43.

[3] 王慧慧．節能技術在綠色機房的應用與實踐[J]．節能與環保，2022（7）：95-96.

[4] 朱偉峰，黃璜，沈佳，等．數據機房風冷精密空調節能改造技術應用及效果測評[J]．暖通空調，2022（1）：237-239.

[5] 遲媛，張兵，朱國棟，等．數據機房節能技術及發展趨勢淺析[J]．中國設備工程，2021（16）：195-196.

[6] 沈佳．數據中心機房節能改造效果評價方法和驗證[J]．智能建筑與智慧城市，2021（6）：109-110.