摘要：“新基建”為數據中心的建設開辟了廣闊的發展前景。然而，鑒于數據中心巨大的能源消耗，政府和業界對其給予了高度關注。一些省份和城市對新建或改造的數據中心設定了嚴格的PUE（能源使用效率）標準。因此，如何減少數據中心的電力消耗成為了焦點問題。

1 IT設備能耗的降低

數據中心的能耗主要源自IT設備。這些設備的直接能耗不僅增加了電費成本，而且還需要配備相應的電源和冷卻系統，這些系統同樣消耗大量電力，從而進一步增加了間接的電費開支。因此，所有IT專業人員都應當重視并采取措施控制IT設備的能耗。

長期以來，控制信息技術(IT)能耗的方法效果并不理想。例如，IT設備供應商未能提供足夠的信息，導致用戶難以根據電力消耗做出明智的決策。用戶往往不了解他們其實擁有多種IT選項，這些選項的能耗也各不相同。然而，情況正在逐步改善，用戶現在能夠從運營和規劃兩個維度出發，系統性地減少能耗。

1.1運營措施

①淘汰某些IT系統

許多數據中心仍運行著舊技術平臺，主要用于存檔或研究。實際上，盡管一些應用服務器仍在運行，但已無用戶使用。對這些系統進行清點并制定淘汰計劃是有益的。通常，即使不淘汰系統，也可以將其脫機關閉。一種有效的方法是將多個舊平臺上的應用遷移到新服務器，大幅減少服務器數量。這種遷移不依賴虛擬化，通常能顯著降低能耗。即便未減少空間占用，由于IT設備密度提高，回收的功率容量也相當可觀。

②以高效的方式使用現有系統

如今，絕大多數新服務器都配備了電源管理功能，這意味著它們能夠在計算負載減少時降低能耗。這一進步在幾年前是難以想象的，當時幾乎所有IT設備的能耗都是固定不變的，與計算負載無關。用戶應該意識到IT技術的這一變革，并掌握其IT系統中電源管理功能的運行狀態。在條件允許的情況下，應當在所有具備電源管理功能的設備上激活該功能。電源管理功能有助于減少總體電力消耗，但不會減少功率容量的需求。

③遷移到更節能的計算平臺

遷移到電力效率更高的平臺有助于降低能耗。數據中心常見的“低密度服務器”雖然體積大，但能耗與現代刀片式服務器相當或更低。逐臺更換傳統服務器為刀片式服務器可能不會減少總能耗，但能提高服務器密度。刀片式服務器的熱量產生面積更集中，可能引起排熱問題。新部署時，刀片式服務器相比其他形式可降低約20%能耗，主要因為其電源效率更高和共享開銷功能。然而，刀片式服務器的能耗不一定低于舊服務器。要評估遷移節能效果，需比較現有服務器與刀片式服務器的能耗和性能。主要OEM廠商提供工具可報告刀片式服務器能耗，而傳統服務器能耗需通過測量得出。服務器節能主要通過應用合并和虛擬化實現。

④液冷服務器是降低能耗的利器

減少IT設備發熱量可降低散熱需求和制冷電力消耗，關鍵在于降低PUE值。服務器是主要熱源，占機房熱負荷約80%。因此，減少服務器熱量至關重要。目前，數據中心多用風冷技術，但液冷技術冷卻效果更佳，能顯著改善高能耗和低性能問題，實現高密度、低噪音、低溫差和全年自然冷卻。液冷技術無需昂貴設備，降低成本，提高能源效率，且環保。它還能控制運營成本，加速投資回報，尤其對電力和運營成本高的數據中心重要。液冷系統節能效果顯著，能維持服務器穩定工作溫度，而精密空調需更低溫度。液冷在封閉環境中效率更高。

1.2規劃措施

①虛擬化

服務器虛擬化能夠顯著降低信息技術部門的電力消耗。通過虛擬化技術，通常能夠大幅度減少所需部署的服務器數量。淘汰一臺物理服務器，可以實現大約200至400瓦的結構性節能效果，具體節省量取決于所采用的技術。這種節能效益顯然超過了服務器本身的購置成本。

②標準化

標準化節能服務器有效，刀片式服務器電力效率高但性能和能耗差異大。基于服務器的應用的性能需求難以預測，用戶常以增加能耗來確保高性能。虛擬化服務器可降低能耗，但應根據應用需求匹配服務器性能以實現節能。

2降低DCPI設備能源消耗

降低數據中心物理基礎設施能耗的方法包括：適度規劃系統規模，選用高效設備，以及設計節能系統。相較于選擇合適的設備，適度規劃和系統設計對減少耗電量的影響更大。

2.1適度規劃規模

在數據中心中，電源和冷卻系統存在與總功率成正比的固定損耗，這些損耗在IT負載低時可能超過實際IT負載消耗。隨著DCPI系統規模的擴大，固定損耗在電費中所占比例增加。選擇合適的供電架構如2N或N+1對節能至關重要。適度規劃可實現高達50%的電費節約，這種經濟效益是推動數據中心向模塊化和可擴展解決方案轉型的主要因素。

2.2節能的系統設計

系統設計對數據中心電力消耗影響顯著，即使兩個數據中心使用相同設備，電費也可能大相徑庭。系統設計在數據中心效率上的作用甚至超過電源和冷卻設備選擇。以下是一些系統設計問題，這些問題通常會導致數據中心效率遠低于各部件損耗之和。

①配電裝置和/或變壓器在低負載率狀態下運行；

②冷熱通道的設計存在不合理之處；

③空調的安裝位置不當，例如空調被迫在高壓環境下長距離輸送空氣，從而導致電能的過度消耗；

④空調的回風溫度遠低于IT設備的排氣溫度，這導致了空調效率和容量的降低；

⑤冷卻泵通過節流閥調節流量，這種做法顯著降低了泵的效率。

數據中心的能耗常常是必要的兩倍，但通過簡單的設計決策，這些問題可以避免，且成本低或無需額外開支。有兩種方法可以實現這一點：

①為確保方案的可靠性，必須經過精心設計和徹底測試，以預防前述問題的發生。這包括進行復雜的計算流體力學建模和全面的試運行測試；

②通過遵循標準化設計流程，可以構建一個完整的DCPI系統。這涉及預先設計、預先測試以及明確規格的模塊化組件，從而避免前述問題的出現。

鑒于前一種方法成本高昂且變化多端，第二種替代方案已被確定為未來數據中心規劃與建設的行業標準。

2.3使用高效的DCPI設備

盡管相較于IT架構、適度規劃的DCPI或DCPI系統設計，DCPI設備（例如電源和冷卻設備）對系統總耗電量的影響相對較小，但在構建節能高效的數據中心過程中，設備的選擇依舊是一個關鍵因素。

在選擇供配電系統時，根據國際標準TIA942，數據中心的等級被劃分為四個級別，從低到高依次為Tier I、Tier II、Tier III和Tier IV。而在國內，依據GB50174標準，數據中心的等級分為C級、B級和A級三個等級。為了滿足不同等級的要求，供配電系統中會采用不同的配電方式。

在確定數據中心的制冷空調系統時，需關注以下要點：

1）冷熱通道隔離技術的選擇；

2）實現冷熱通道的完全隔離；

3）對比各種冷卻方案，選擇既滿足現場需求又具有節能效果的方案；

4）采用變頻電機的空調系統；

5）盡可能提高冷凍水的溫度。

如表1所示，節能效果體現在兩個方面：一是IT設備能耗的降低，二是DCPI設備能源消耗的減少。

3安科瑞能耗統計分析（能源管理）解決方案

3.1概述

構建一個高效的能耗監測管理系統，實時測量并收集建筑中各類耗能設備的能耗數據，進而對這些數據進行統計和分析。該系統有助于精確設定各區域建筑的能耗經濟指標和績效考核指標，揭示能源使用的模式和浪費現象，從而提升人員的節能意識。

3.2平臺部署硬件選型

3.3平臺功能

① 構建數據中心智慧能源管理系統的核心架構，實時監控各個用能環節；

② 實現碳排放數據化：通過系統，可以分析人均能耗（包括水、電、能量），推動低碳辦公的數字化；

③ 區域能效比：對比建筑單位內不同區域的能耗，便于進行能耗考核；

④ 同期能效比：對比同年、同期、同一區域的能耗，便于進行節能數據分析；

⑤ 能耗評估管理：依據能源消耗定額標準，包括約束值、標準值、引導值，分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥ 能耗競爭排名：對比不同功能區的能耗，實現排名，以增強工作人員的節能意識；

⑦ 對能耗使用數據進行綜合分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要，選擇不同樣式的報表進行打印，為能耗運營管理部門提供可靠的決策依據；

⑧ 實時采集能耗數據，便于隨時查詢，并基于這些數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，從而提高系統的信息化和自動化水平。

4結束語

電能消耗通常均勻分布在IT負載和數據中心基礎設施（DCPI）設備上。任何旨在減少電力消耗的策略，若要具備合理性，都必須將IT/DCPI系統作為一個整體進行綜合考量，以便從中獲得實際效益。

參考文獻

[1]由一.如何降低數據中心電力能耗,2020.11：233

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.

審核編輯 黃宇