自然冷却技术在数据中心的应用分析
数据中心绿色节能技术应用与实施方案
数据中心绿色节能技术应用与实施方案第一章引言 (2)1.1 数据中心绿色节能的背景与意义 (2)1.1.1 背景 (2)1.1.2 意义 (2)1.2 数据中心能耗现状分析 (2)1.3 绿色节能技术的应用与发展趋势 (3)1.3.1 应用 (3)1.3.2 发展趋势 (3)第二章数据中心设计阶段的绿色节能技术应用 (3)2.1 绿色建筑设计与评价 (3)2.2 高效能源利用设计 (4)2.3 节能型设备选型 (4)第三章数据中心运营阶段的绿色节能技术应用 (4)3.1 能源管理系统 (5)3.2 节能运行策略 (5)3.3 维护与优化 (5)第四章服务器与存储系统的绿色节能技术 (6)4.1 服务器节能技术 (6)4.2 存储系统节能技术 (6)4.3 虚拟化技术 (7)第五章数据中心冷却系统的绿色节能技术 (7)5.1 高效冷却技术 (7)5.2 自然冷却技术 (7)5.3 冷却系统优化 (8)第六章数据中心供配电系统的绿色节能技术 (8)6.1 高效变压器与UPS (8)6.2 电力管理系统 (9)6.3 供配电系统优化 (9)第七章数据中心照明与动力设备的绿色节能技术 (9)7.1 节能灯具 (9)7.2 高效动力设备 (10)7.3 照明与动力系统优化 (10)第八章数据中心绿色能源的应用 (11)8.1 太阳能光伏发电 (11)8.2 风能发电 (11)8.3 其他可再生能源利用 (12)第九章数据中心绿色节能技术的实施方案 (12)9.1 技术路线选择 (12)9.2 实施步骤与方法 (12)9.3 成本与效益分析 (13)第十章数据中心绿色节能技术的未来发展 (13)10.1 技术创新方向 (13)10.2 政策与市场趋势 (14)10.3 行业应用前景 (14)第一章引言信息技术的飞速发展，数据中心作为支撑现代服务业和信息社会的重要基础设施，其能耗问题日益引起广泛关注。
绿色节能技术在数据中心的应用，不仅有助于降低运营成本，还能减少对环境的影响，实现可持续发展。
数据中心空调系统节能技术白皮书
数据中心空调系统节能技术白皮书目录1. 自然冷却节能应用31.1 概述31。
2 直接自然冷却31。
2。
1简易新风自然冷却系统31。
2。
2新风直接自然冷却51。
2。
3 中国一些城市可用于直接自然冷却的气候数据: 8 1.3 间接自然冷却81.3.1间接自然冷却型机房精密空调解决方案81。
3。
2风冷冷水机组间接自然冷却解决方案121。
3.3水冷冷水机组间接自然冷却解决方案151。
3.4 中国一些城市可用于间接自然冷却的气候数据：16 2。
机房空调节能设计172。
1 动态部件172.1。
1 压缩机172.1。
2 风机182.1.3 节流部件192.1.4 加湿器192.2 结构设计212.2.1 冷冻水下送风机组超大面积盘管设计212.2。
2 DX型下送风机组高效后背板设计222。
3 控制节能222。
3.1 主备智能管理222.3。
2 EC风机转速控制232。
3。
3 压差控制管理232.3.4 冷水机组节能控制管理261。
自然冷却节能应用1.1概述随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。
制冷系统在数据中心的能耗高达40%，而制冷系统中压缩机能耗的比例高达50%。
因此将自然冷却技术引入到数据中心应用，可大幅降低制冷能耗。
自然冷却技术根据应用冷源的方式有可以分为直接自然冷却和间接自然冷却。
直接自然冷却又称为新风自然冷却，直接利用室外低温冷风,作为冷源，引入室内，为数据中心提供免费的冷量;间接自然冷却，利用水（乙二醇水溶液）为媒介，用水泵作为动力,利用水的循环，将数据中心的热量带出到室外侧。
自然冷却技术科根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周围环境、建筑结构等选择自然冷却方式。
1。
2直接自然冷却直接自然冷却系统根据风箱的结构，一般可分为简易新风自然冷却新风系统和新风自然冷却系统.1.2.1简易新风自然冷却系统1.2。
1。
1简易新风自然冷却系统原理简易新风直接自然冷却系统主要由普通下送风室内机组和新风自然冷却节能风帽模块组成。
新环境下的数据中心冷却节能技术
Telecom Power Technology节能减排新环境下的数据中心冷却节能技术徐嘉，林武隽，刘永彬（中国电信股份有限公司北京分公司，北京随着数据中心的容量和数量不断攀升，其绿色节能的迫切性日益凸显。
用于全年不间断供冷的能耗约占本文将从制冷系统控制策略、自然冷却技术和气流组织与液冷技术三个角度，对近年来发展较快的冷却节能技术进行梳理，以期为今后数据中心的新建设计和节能改造提供技术参考。
数据中心节能；控制策略；自然冷却；气流组织；液冷Energy Saving Technology for Data Center Cooling Under New Environment，LIN Wu-jun，LIU Yong-BinChina Telecom Corporation Limited Beijing BranchWith the increasing capacity and number of data centersbecome increasingly prominent. The energy consumption for the year-round uninterrupted cooling supply accounts % of the total energy consumption，so there is great potential for energy-saving optimization. In this the cooling energy-saving technologies which have developed rapidly in recent years are summarized from 2020年9月第37卷增刊1Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 徐 嘉，等：新环境下的数据中心冷却节能技术主要用电设备，冷水主机的COP随负荷率的增加呈上凸型抛物线的趋势变化。
02、麦克维尔自然冷却风冷螺杆介绍
耗电量：kWh
全年不同环温下COP对比
全年节能对比
COP最高提升37倍
80000
常规风冷机组 自然冷却机组
60000 40000 20000 0
常规风冷机组
节能38%
自然冷却机组
-25 -20 -15 -1冷水机组，在室外低环境温度时，COP最高 可提高37倍，年节能率达到38%！
夏季
35ºC
过渡季节
15ºC
AIR
室外环境温度太高不能使用自然冷却 自然冷却水泵不运行 自然冷却盘管不工作 压缩机和风机开启 (压缩机输出100%能力)
室外环境温度低于冷冻水一定时，开自然冷却 自然冷却水泵运行 冷冻水回水经过自然冷却盘管预冷 压缩机和风机开启 (压缩机输出部分能力)
6℃
15 17 25 35 45 环境温度，℃
节能运行区域
从上图可看出，MQ机组可更早进入100%Free Cooling节能运行，并且运行效率更高。
注：以上图表是以1250kW机型，制冷进/出水：18/12 ℃为例，不同机型节能性可能会有差异。
能量按需输出，控制精确
●出水温度稳定 ●机组输出能力与用户系统需求的负荷完全匹配，能量“按需输出” ●部分负荷时机组仍然保持高效运行 ●精确的能量和水温调节育充分满足用户需求
Free cooling解决方案(SG系列)
自然冷却风冷空调机组: 内置的Free Cooling空气—水换热盘管
风冷冷凝器 自然冷却盘管
预冷却阶段
回水在进入蒸发器前先 经过室外自然冷却盘管 进行冷却
膨胀阀
压缩机
蒸发器
三通阀 机组出水
数据中心机房冷却塔供冷选型与工况分析
本文分析了冷却塔供冷的关键因素，如热工曲线、湿球温度、工况切换点等，得出以下结论，为数据中心节能设计提供参考依据。
·冷却塔供冷按冬季工况选取，夏季校核，结合夏季工况灵活配置；·冬季供冷以小于冷却塔的额定流量来获取较低出水温度，延长冷却塔供冷时间；·冷却水泵应设变频，适应管网特性曲线变化等设计方法。
01冷却塔供冷冷却塔供冷分直接供冷与间接供冷两种，由于直接供冷需室外冷却水直接进入空调末端，水质不佳时极易引起末端堵塞，而影响系统运行，工程中大多数采用间接供冷系统（开式冷却塔+板式换热器），即与冷水机组并联或串联一台板式换热器。
冷水机组与板式换热器并联，湿球温度达到一定值时，由板式换热器提供全部冷量，关闭冷水机组，使冷却水和冷冻水分别进入板式换热器，冷却塔做为冷源，达到完全自然冷却，但并联形式不能采用部分自然冷却；冷水机组与板式换热器串联，冷水串联经过板式换热器与冷水机组，过渡季节用冷却塔出水先预冷冷水回水，再进入冷水机组制冷，减小主机能耗，得到可观的部分自然冷却时间，仅额外增加水在板式换热器内的输送能耗。
为充分利用部分自然冷却，北方地区数据中心往往选择冷水机组与板式换热器串联这种组合形式，见图1，本文讨论也是基于这个系统。
图1冷却塔供冷系统原理图02 负荷侧系统设计2.1冷负荷数据中心主要由服务器、UPS等散热转化而成的显热负荷，几乎没有潜热负荷，冬夏季冷负荷相差不大，冷却水流量大致在80%~100%内变化；末端干工况运行，冷负荷按显热负荷考虑。
2.2冷水供水温度数据中心考虑采用温湿度独立控制方案，由高温冷水处理显热负荷，新风进行独立的加湿或除湿。
冷水供水温度取值，直接受机柜进风温度取值的影响。
ASHARE推荐的机柜进风温度宜取20~25℃，允许范围是18~27℃。
考虑到空气-水换热器空气侧阻力降的影响，送风温度与冷水供水温差取8℃，可有多种供水温度与送风温度组合，常用的有送风温度20 ℃，冷水供回水温度为12/18℃；送风温度23℃，冷水供回水温度为15/21℃。
数据中心节能措施
数据中心节能措施介绍数据中心是现代社会不可或缺的基础设施，但其能源消耗却成为全球环境问题的一个重要因素。
为了减少能源消耗并提高节能效果，在数据中心中采取节能措施是非常必要的。
本文将探讨一些有效的数据中心节能措施，并提供一些建议。
II. 节能措施1. 优化数据中心设计•采用低功耗服务器：选择功耗低的服务器可以降低能源消耗。
新一代服务器具备更高效的处理能力和更低的功耗，例如ARM架构的服务器在提供高性能的同时功耗较低。
•优化空间布局：合理规划数据中心的空间布局可以提高空气流动和散热效果，减少冷气的浪费。
•改善散热系统：采用高效的散热系统可以有效降低数据中心的温度，进而减少空调的使用，节省能源。
2. 管理和监控能源消耗•使用能源管理系统：通过安装能源管理系统，可以实时监测数据中心的能源消耗情况，并根据监测结果进行优化调整，从而降低能源浪费。
•定期检查设备：定期检查设备的工作状态，发现问题并及时修复，以确保设备的高效运行。
•使用电能分析工具：使用电能分析工具可以帮助监测数据中心的各个终端的耗电量，并根据耗电量情况做出相应的优化调整。
3. 降低冷却需求•利用自然冷却：在适当的气候条件下，可以利用自然冷却替代空调，降低能源消耗。
•使用冷行道技术：通过在机架之间安装冷行道，将冷气引导到需要冷却的部分，可以提高冷却效果，减少能源浪费。
III. 节能效果评估1. 总体节能效果评估•数据中心能源消耗的数据收集和分析：通过对数据中心能源消耗数据的收集和分析，可以评估节能措施的效果，找出存在的问题并进行改进。
•构建绩效指标体系：建立绩效指标体系可以更好地评估和分析数据中心的节能效果，从而指导后续的节能工作。
2. 数据中心节能效果的监测和报告•建立监测系统：建立数据中心节能效果的监测系统，实时监测数据中心的能源消耗和节能效果。
•定期报告：定期向相关部门或决策者报告数据中心的节能效果，以便及时了解和评估工作进展。
IV. 结论数据中心节能是当前和未来数据中心建设和运维中至关重要的一环。
数据机房工程水蓄冷技术应用
数据机房工程水蓄冷技术应用摘要：近年来，随着科学技术的发展，尤其是近年来网络的发展，人们对信息的需求量逐渐增大，对网络的依赖程度日渐提高，在这种情况下，互联网行业为了保证网络的畅通，必须要利用数据机房进行工作。
但是，在数据机房发展的同时，却出现了一些问题，例如运行中的热量问题，这需要相关的人员利用一些制冷技术进行处理。
本文就数据机房工程水蓄冷技术应用进行探讨，首先简要的介绍了水蓄冷技术的情况，其次，具体阐述了它在数据机房工程中的应用，以供参考。
关键词：数据机房工程；水蓄冷技术；应用近年来，随着人们对数据需求的增大，大型数据机房获得了发展契机，而数据机房要想获得长远的发展，必须要利用专业的技术人员对这些数据机房项目进行管理，在进行设计时，要注意数据机房的水蓄冷技术的应用。
通过应用水蓄冷技术来解决数据机房中存在的问题，并实现数据机房的高效、节能发展。
一、水蓄冷技术概念介绍和应用优势1.1水蓄冷技术的概念介绍水蓄冷空调系统是在夜间电力低谷时段开启制冷系统，将电力以冷量的形式储存在蓄冷设备内，而在白天电力高峰时段再将所储存的冷量释放到空调系统中去的技术。
蓄冷空调技术，对业主来说，并不一定节电，但能节省运行费用。
而且，它能平衡电网负荷，移峰填谷，保障电网安全，提高电能利用效率。
因此，国家把它作为一种节能环保的技术大力推广。
而水冷Free－Cooling（自然冷却）节能技术是目前大型数据机房常用的节能技术。
它是在室外温度较低时，冷却塔可提供较低温度的冷却水，此时关闭冷水机组，而使用板式换热器换热提供所需冷冻水，供精密空调使用。
这期间称为完全Free－Cooling阶段；在过渡季节，用较低温度的冷却水先进板式换热器，与冷冻水回水换热，先降低冷冻水温度１～２℃，再进冷水机组，将冷冻水降低到设计供水温度，此时冷水机组处于部分负荷运行，运行能耗较低。
这期间称为部分Free－Cooling阶段。
1.2数据机房工程的环境和空调系统的特点数据机房工程通常包括机房区和辅助区。
数据中心空调系统节能技术分析
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。
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自然冷却技术在数据中心的应用分析
随着云计算和大数据时代的到来，数据中心的数量也在不断增多。数据中心
的能耗也随之增加，其中空调系统的能耗就占了很大一部分。文章分析了新风自
然冷却系统在数据中心空调系统的应用，结果显示有很好的节能效果。
标签：数据中心；自然冷却；节能
Abstract： With the advent of the era of cloud computing and big data， the
number of data centers is also increasing. The energy consumption of the data center
also increases with it， in which the energy consumption of the air conditioning
system accounts for a large part. The application of natural cooling system of fresh air
in data center air conditioning system is analyzed in this paper. The results show that
it has good energy saving effect.
Keywords： data center； natural cooling； energy saving
引言
近年来，由于互联网技术的不断发展，对数据处理的需求也在不断增长，导
致数据中心的数量也在不断增多。数据中心的能源消耗总量从2005年至2010
年翻了一番[1]。IT设备散热量大，对数据中心温湿度控制要求高，需要常年制
冷，制冷空调系统不可或缺，其能耗制占数据中心总能耗的40%左右。降低空调
能耗对整个数据中心的能源效率具有重要意义。
在数据中心有许多有效的方法来节省冷却能源，如室内空气分配优化，机架
式服务器传热增强，冷却器热性能改善等[2]。此外，自然冷却技术是一种新颖
有前途的技术，通过充分利用自然冷却源，可以降低冷水机组的负荷率，从而节
约冷却水的能耗[3]。由于效率高，排放低，数据中心采用的自然冷却技术近年
来受到越来越多的关注。目前对室外自然冷源的利用主要有直接引入式和间接利
用式两种方式。本文以夏热冬冷的上海地区为例，分析新风直接引入式自然冷却
技术在数据中心应用的可行性与节能效果。
1 数据中心概况
为了研究新风直接引入式空调系统的节能潜力，在上海建立建筑模型作为研
究对象，通过计算，对直接利用自然冷源的节能潜力及节能效果进行分析。机房
长25米，宽16米，共有9排机柜，每排机柜数目为15台，共135台机柜，单
机柜的功率为3kW。机柜采用冷热通道的方式进行布置。机房标准按照 ASHRAE
TC 9.9的建议级标准进行设计，设备环境要求18～27℃，露点温度5.5℃到相对
湿度60%和露点温度15℃对应的参数范围。
2 数据中心机房的负荷计算
机房的冷负荷是机房精密空调选型的重要依据，数据中心机房冷负荷一般由
围护结构冷负荷、IT设备散热冷负荷、照明设备散热冷负荷以及人员散热冷负
荷组成，由于数据中心机房平时一般没有工作人员，只是偶尔有人员进入机房进
行巡查或调试，因此，人员散热所造成的冷负荷可忽略不计。取照明设备散热为
8kW，该数据中心的总冷负荷为420kW。
3 上海地区气候条件
上海地区干球温度分布间如表1所示。
上海地区逐月温度如表2所示。
4 常规空调系统能耗计算
通過计算常规空调系统和新风直接引入式空调系统的能耗来分对比分析直
接利用自然冷源的节能潜力及节能效果。首先计算常规空调系统的能耗，常规空
调系统采用风冷精密空调系统。风冷精密空调系统总功率=总发热量/COP，取风
冷精密空调系统性能系数COP为2.5[4]，则风冷精密空调系统总功率为
420kW÷2.5=168kW。运行时间为8760小时，耗电量为1471680kW·h。
5 新风直接引入式空调系统的能耗计算
5.1 新风量的确定
5.3 新风直接引入式空调运行时能耗
当室外温度小于15℃时，采用新风直接引入式空调的能耗情况如表3所示。
当室外温度大于15℃时，采用常规空调系统，空调功率为168kW，运行时
间为5071小时，耗电量为957768kW·h。即新风直接引入式空调的总耗电量为
1015690 kW·h。
6 节能效果分析
7 结束语
通过计算结果可以看出，新风直接引入式自然冷却技术在夏热冬冷地区有很
好的节能效果，大幅度降低了数据中心机房的耗电量，有良好的经济效益和社会
效益，新风直接式自然冷却技术在其他地区的节能效果还需要根据不同地区的气
候以及实际情况进行计算分析。通过ASHRAE/TC 9.9在2011年公布的《数据处
理环境热指南》中可以看出，相比以前的标准对机房的温湿度环境要求有所放宽，
这样就给自然冷却技术提供了更大的应用空间，自然冷却技术在数据中心的应用
将越来越广泛。
参考文献：
[1]Sharma N， Barker S， Irwin D， et al. Blink： managing server clusters on
intermittent power[C]// Sixteenth International Conference on Architectural Support
for Programming Languages and Operating Systems. ACM， 2011：185-198.
[2]Capozzoli A， Primiceri G. Cooling Systems in Data Centers： State of Art
and Emerging Technologies[J]. Energy Procedia， 2015，83：484-493.
[3]Zhang Y， Wei Z， Zhang M. Free cooling technologies for data centers：
energy saving mechanism and applications[J]. Energy Procedia， 2017，143：410-415.
[4]耿海波，李建尧，邹成.温和地区数据中心新风自然冷却节能技术探讨[J].
暖通空调，2017，47（10）：19-25.