隨著數字經濟向社會各領域的持續滲透，社會對數據資源的存儲、計算以及應用需求大幅提升，伴隨著國家“東數西算”工程的全面啟動，大數據和云計算等新一代信息產業進入快速發展階段，數據中心建設也迎來了高速發展。持續優化數據中心能源的使用效率，對建設數據中心至關重要。

　　相關研究表明，數據中心能耗有1/3來源于暖通空調系統，僅次于IT設備能耗。在數據中心正式運行初期，機柜負載率不高的情況下，空調系統能耗尤其突出，因此對暖通系統節能措施進行研究，不僅能降低自身能耗，提高數據中心空調系統運行效率，還能有效降低數據中心PUE值，保障數據中心安全可靠運行，對研究數據中心節能十分重要。

　　01、數據中心能源消耗現狀　

　　近年來，隨著云計算、人工智能、大數據、物聯網和移動互聯網的深入發展，數據中心一方面步入快速發展階段。但是，另一方面，數據中心又面臨能耗過高的問題。經調查，數據中心目前消耗了全球約2%的電力，到2030年可能上升到8%。從國內看，全國數據中心的耗電量已連續8年超過12%的速度增長。2017年，國內數據中心總耗電量達到1200-1300億千瓦時，這個數字超過三峽大壩和葛洲壩電廠發電量之和（約1000億千瓦時）。預計2025年高達3842.2億千瓦時。

　　如果從一個單一產業的角度看，這是非常可怕的能耗。但是，數據中心并不是簡單的單一產業。它消耗的能源最后轉化為整個數字經濟的基礎，支撐著互聯網、通信、智能交通、智慧城市等等一系列的重要產業。但是，在巨大耗電量的背后，實際上有著令人難以置信的浪費。數據中心的耗電量僅有6%~12%是被用于網站計算，其余均在維持服務器工作狀態時被無謂消耗。隨著互聯網高速發展，這種耗電情況近年來持續走高。

　　同時，“過度散熱”也是數據中心耗電巨大的重要原因。數據中心的過度冷卻差不多達到實際所需要的2倍。此外，由于可再生能源的利用率低下，數據中心運轉只能不斷加大使用原始驅動力——電力，耗電量自然只增不減。居高不下的耗電量、溫室氣體的排放……數據中心數量與規模的快速增長已經為資源與環境帶來巨大挑戰，低碳化的數據中心轉型迫在眉睫。

　　02、數據中心的環境及節能要求　　

　　數據中心建設內容不僅包括傳統的土建工程，還涉及計算機設備制造、通信設備制造、各類計算軟件以及綠色能源供給等多種不同類別的建設內容，產業鏈條長、覆蓋門類廣，需集成各專業相關的技術標準和節能要求。

　　數據中心按照運行環境和功能需求通常可分為主機房、輔助區、支持區以及行政管理區等，各區域對環境的要求不同，需通過暖通空調系統來調節各區溫度、相對濕度、露點溫度和空氣潔凈度。主機房、支持區（如制冷站、設備用房、電池室、配電室）、輔助區（消控室、指揮中心、管道井）等為維持設備的正常工作，須進行精確的溫濕度控制，同時為了保持主機房內空氣潔凈度在一定范圍內，主機房應維持正壓。而管理區則只需要滿足人的舒適性需求，因此必須對不同的環境區域進行合理的暖通空調系統設計。

　　目前，評價數據中心能效的權威指標是電能利用效率PUE，指的是數據中心總耗電量與數據中心IT設備耗電量的比值。PUE越接近1，則數據中心的能效越高。2021年10月22日，國家發改委聯合各部門發布的《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》中明確新建大型、超大型數據中心電能利用效率不超過1.3。到2025年，數據中心電能利用效率應普遍不超過1.5。為了盡可能降低PUE值，需要對暖通空調系統能耗進行分析，并盡可能采取相關的節能措施。

　　03、數據中心暖通空調系統能耗影響因素分析　　

　　從數據中心項目建設的全生命周期來看，影響暖通空調系統能耗的因素主要有以下五個方面。

　　01、需求及建設目標　

　　在數據中心項目建設的決策階段，用戶的總體投資規模及PUE目標確定了數據中心總體包含暖通系統的的能耗狀況。

　　02、暖通系統的設計、選型　

　　依托用戶的需求、投資規模、建設目標以及使用要求，設計單位通過計算分析，采用合理的暖通系統形式進行節能設計。不同設計方案采用的暖通系統、選取的設備導致實際的節能效果差異很大。例如，依據項目實際情況確定空調系統選用水系統或是風系統，為了避開能源使用高峰，考慮有無必要使用冰蓄冷等。

　　03、不同能效等級的暖通設備　　

　　暖通設備能耗包括制冷機組、冷卻塔、水泵等設備運行產生的能耗。不同能效等級的設備能耗差異較大，一般選擇能效等級較低的設備。

　　04、熱量交換和傳遞過程損失的能耗　　

　　如數據中心系統隔離端口或機柜盲板不完善，導致封閉冷通道或熱通道與外界空氣環境之間進行熱交換，造成暖通系統能耗損失等。

　　05、高效運維管理，降低能耗　　

　　數據中心在實際運行過程中對暖通系統進行高效運維管理，降低能耗。如對輔助區和支持區空調系統進行合理的控制與管理，在過渡季節合理切換制冷模式等，通過高效管理實現節能。

　　暖通空調系統設備運行受室外氣象條件、室內設計參數、圍護結構特點以及運行管理等因素的影響很大，因此在數據中心項目建設決策階段應明確節能目標，并在項目實施階段進行科學的暖通系統設計，優化冷源系統、水系統、風系統設計，充分了解數據中心暖通空調系統設備性能，選取先進的設備材料，減少系統綜合管理誤差，提高運維管理水平等，有效降低暖通空調系統的能耗。

　　04、數據中心的暖通系統節能措施探討　

　　雖然很多用戶通過加大利用自然冷源等思路來降低數據中心的能源消耗，但是目前也只能降低一小部分。如果在這個基礎上，數據中心要“節能更大化”該何去何從？

　　01、明確節能目標　

　　受工業化和城市化進程的影響，我國經濟目前仍然處于中高速發展階段，對能源消耗的依賴依舊居高不下。

　　在數據中心項目建設決策階段，可依據項目投資規模，參照政府有關部門發布的相關文件和政策，科學制定PUE目標。一般PUE越小，初投資越大，因此項目建設單位需合理評估項目的效益，避免浪費。

　　02、合理選擇暖通空調系統節能方案與技術　　

　　1.合理選擇冷源設備　　

　　數據中心冷源系統是暖通系統的心臟，冷源設備的能耗在暖通系統能耗中占比也最大，需根據項目所在地的氣候條件、項目規模、投資概算以及能源利用條件等因素充分論證確定。在冷源系統選擇時應盡可能加強對天然能源的有效運用，如自然冷卻和風能等；推進新技術的應用，如智慧節能降碳技術可減少冷站的能源消耗，提高效率。

　　制冷機房在地下一層，考慮到數據中心總負荷及土建前期預留條件，當期冷源系統配置3臺1934kW 低壓變頻水冷離心機組，兩用一備。設置高冷凍水供回水溫度為12℃/18℃，常規冷凍水供回水溫差為5℃，采用冷凍水供回水溫差為6℃，可減少冷凍水的流量和管網的阻力，降低制冷機組和水泵的運行能耗。

　　2.降低水系統比摩阻　　

　　綜合考慮管徑、安裝空間、最小沖洗流速的前提下，盡量降低水系統比摩阻，減少整個水系統的水壓降，降低水泵的揚程，進而減少水泵的運行功率。同時管道可以容納的水容量更多，增加管道蓄冷的能力和水系統的穩定性。數據中心冷凍水采用一級泵變流量、雙立管環形系統，雙管路同時使用，檢修或故障時可切斷一路，另一路獨立運行，保證數據中心運行安全。

　　3.余熱回收　　

　　將數據中心服務器運行產生的大量余熱進行收集，如果條件允許，可利用回收的余熱通過熱泵機組升溫作為對建筑物供暖的補充，實現清潔采暖，減少中央空調系統對室外的碳排放及能源消耗。

　　4.余熱回收提高送回風溫度　　

　　封閉冷通道后，空調回風溫度可提高至30～32℃（傳統機房回風溫度28℃)，減少空調系統運行能耗。當空調系統的送風和回風溫度提高1℃時，空調系統節電約2.5%，空調系統的制冷能力提高約5%。

　　5.降低熱交換次數，提高熱交換效率　　

　　冰蓄冷系統雖然能降低運行費用，但不節電，只是利用了電價峰谷政策，錯峰進行耗能制冷。但是每多一次熱交換都會產生熱損失，總碳排放是增加的。因此，宜增加每次熱交換的效率，降低熱交換次數，控制總碳排放。

　　05、結語　　

　　數據中心暖通系統的運行應與IT負載有效匹配，既要保證IT系統能夠正常持續穩定運行，又要確定不會產生過多的制冷冗余，提高暖通系統的節能效率。數據中心暖通空調系統在建設和運行過程中有很多節能降耗的潛力，通過科學手段進行深入分析，合理優化設計，加強技術成果轉化與應用，實現智慧化的運維管理，可有效實現節能降耗，降低數據中心PUE值，建成高效、安全、可靠且綠色的新型數據中心，助力碳達峰、碳中和目標的實現。