數據中心節能方案分析數據中心的能耗問題已越來越成為人們所關注，綠色數據中心的呼聲越來越高。由于數據中心涉及的專業很多，研究者往往只從本專業出發，而沒有考慮與其他專業的配合問題。隨著信息技術的發展，數據中心的節能手段也在不斷的更新和提高，目前主要使用的節能手段有以下幾個方面。

1.1冷熱通道隔離技術

經過多年的實踐和理論證明，在一個設計不合理的數據中心內，60%的空調機冷送風由于氣流組織的不合理而被浪費了。傳統的開放式熱通道結構數據中心面臨著兩大氣流管理難題：冷熱空氣相混合現象和空調冷送風的浪費現象。這兩種現象大大降低了空調制冷的效率。其中，冷熱空氣相混合現象指的是由設備產生的熱空氣和空調機的冷送風相混合從而提高了設備的進風溫度；空調冷送風的浪費現象則指的是從空調機的冷送風并未進入設備,并對設備冷卻而直接回流到空調機的現象。冷熱空氣混合現象也是導致數據中心溫度不一致的主要原因，并且這種現象也大大降低了數據中心空調的制冷效率和制冷能力。如何解決這兩種現象，其實最簡單的方式就是機柜面對面擺放形成冷風通道，背靠背擺放形成熱風通道，這樣會有效的降低冷熱空氣混流，減低空調使用效率。如下圖所示：

冷熱通道完全隔離

隔離冷通道或者隔離熱通道哪種方式更好呢？這兩種方式都將空調的冷送風和熱回風隔離開來，并使空調機回風溫度提高以此來提高空調的制冷效率，區別主要是可擴展性，散熱管理和工作環境的適宜性。

隔離冷通道的可擴展性主要是受地板下送風和如何將地板下冷風送入多個隔離冷通道的制約。很多人認為只要當空調機的出風量能滿足設備的散熱風量即可，但是他們忽略了高架地板下冷送風對于多個隔離通道的壓力降和空間的限制。相反的隔離熱通道則是使用整個數據中心作為冷風區域來解決這個問題，正因為這樣擴大冷通道的空間。隔離熱通道相比于隔離冷通道有著更多空調冗余性能，多出的熱通道空間將會在空調系統出現故障時能多出幾分鐘的寶貴維修時間。而且隨著服務器設備的散熱能力的提高，服務器所需的散熱風量將會大大的減少。現在很多服務器的熱風的出風溫度可到達到55℃。隔離冷通道的未被隔離部分空間的溫度將會比傳統數據中心大大的提高，這將增加了數據中心工作人員的舒適度和減少數據中心其他設備的使用壽命。

綜上所述，雖然這兩種方法都可以提高空調使用效率，但是相比較起來，隔離熱通道比隔離冷通道的效率更高、適用性更好。

1.2冷源方案比較

根據統計數據表明，數據中心的制冷系統占機房總功耗的40%左右。機房中的制冷主要是由機房空調負責，所以降低機房空調的耗電量可以有效的降低機房的PUE值。目前數據中心中較為常用節能制冷系統有以下四種：

（1）水冷冷凍水機組+自由冷卻系統

本方案組成設備包含：水冷冷水機組、板式換熱器、冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵、定壓補水裝置、加壓裝置、蓄冷水罐、末端空調機組等組成。整個系統由冷凍水系統和冷卻水系統組成，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

（2）風冷冷凍水機組+自由冷卻系統

本方案組成設備包含：風冷冷水機組、干盤管、冷凍水泵、定壓補水裝置、加壓裝置、蓄冷水罐、末端空調機組等組成。本系統做自由冷卻用的干盤管可集成于風冷冷水機組內，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

（3）自帶冷源式風冷空調機組+自由冷卻

自帶冷源式風冷空調機組系統屬于分散式空調系統，空調機組由室內機、室外機、干盤管組成。室外機內置壓縮機，干盤管集中布置于室外，母管連接由水泵分配至各室內空調機，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

（4）模塊末端全空氣空調機組水冷冷凍水

本方案組成設備包含：水冷冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵、定壓補水裝置、加藥裝置、蓄冷水罐、全空氣循環風機組等組成。過渡季及冬季直接把室外冷空氣經全空氣循環風機組處理后送至機房內，以減少冷源部分的能耗，系統分三種工作模式：正常制冷、部分自由冷卻、完全自由冷卻。

數據中心到底使用哪種制冷系統，需要根據項目所在地的各項條件綜合考慮。在我國長江以北地區，如果有條件建議采用水冷冷凍水機組+自由冷卻系統的方式設計制冷系統，這樣在冬季氣溫7-12℃時可以采用預冷的方式，使用部分冷凍機組。在室外溫度小于7℃時，可以不啟動冷凍水機組，完全用自由冷卻系統對機房降溫，大大減少的了能源的消耗。1.3采用變頻電機

的10%～20%，使UPS的利用率很低，造成電能的浪費，為了避免這種情況的發生，需要采用模塊化的UPS，逐步擴容。

（2）提高UPS能效

目前UPS均為在線式雙變換構架，在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。提高UPS的工作效率，可以為數據中心節省一大筆電費，可見提高UPS效率是降低整個機房能耗的最直接方法。因此采購UPS，盡量采購效率更高的UPS。

當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高,同時也必須具備一個較高的效率曲線,特別是在“1+1”并機系統時,根據系統規劃,每臺UPS容量不得大于50%,如果此次效率僅為90%以下,就算滿載效率達到95%以上,也是沒有意義的,所以要求UPS必須采取措施優化效率曲線,使UPS效率在較低負載時也能達到較高的效率。

（3）降低輸入電流諧波，提高功率因數

諧波產生的根本原因是由于電力線路呈現一定阻抗，等效為電阻、電感和電容構成的無源網絡，由于非線性負載產生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。諧波的危害包括:引起電氣組件附加損耗和發熱(如電容、變壓器、電機等)；電氣組件溫升高、效率低、加速絕緣老化、降低使用壽命；干擾設備正常工作；無功功率增加，電力設備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設備)；供電效率低；出現諧振，特別是柴油發電機發電時更嚴重；空開跳閘、熔絲熔斷、設備無故損壞。解決方法主要有以下四種：

·采用12脈沖整流器

·采用無源濾波器

·采用有源濾波器

·采用高頻IGBT整流及PFC功率因數校正電路設計整流器

1.7高壓直流供電技術

與傳統48V供電系統類似，高壓直流供電系統是由多個并聯冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下，整流器將市電交流電源變換為270V、350V或420V等直流電源，供給電信設備，同時給蓄電池充電。電信設備需要的其它電壓等級的直流電源，采用DC/DC變換器變換得到。市電停電時，由蓄電池放電為電信設備供電；長時間市電停電時，由備用發電機組替代市電，提供交流輸入電源。高壓直流供電的優勢有以下幾點：

（1）可靠性

直流電源模塊化輸出和電池直接并聯給負載供電,后備電池與電源后段并聯給服務器構成2路冗余供電，可靠性高，真正不間斷；如果UPS后備電池只是與電源前段并聯給DC/DC供電，整個系統供電對數據設備不是冗余供電模式。在某種原因下UPS系統崩潰,電池不能直接應用,導致后端設備斷電。而采用直流供電，杜絕系統崩潰帶來的斷電風險。

（2）可操作、維護性

并機容易，并且可以做成系統解決方案，做到安全不間斷割接，功率部分采用模塊化,支持帶電熱插拔,可快速更換，功率部分和監控功能模塊CSU之間正常工作是監控單元CSU控制,故障時各自獨立控制,避免故障擴散。更換模塊和監控單元CSU是互不影響的，便于維護。

（3）提高負載的可靠性

計算機等開關電源內部的橋式整流變為直流電正負極防接反電路,即使計算機輸入電源的正負極接反,不影響計算機的正常工作。影響設備壽命和故障的一個重要因素是電容元件的失效問題,交流電經過整流橋之后是一個脈動直流電，使后面的電容元件不停的充放電，壽命縮短。采用直流供電,元器件的壽命延長。延長了負載設備的壽命，提高了其可靠性。

（4）智能化管理

直流高壓開關電源系統與傳統48V直流電源系統一樣，可以很方便的對電池進行全面的智能化管理,具有完備的電池管理系統，有效延長了電池的使用壽命，降低了運營成本，提高了供電的可靠性；UPS電池管理簡單、不全面，電池容量損失速度快。

（5）降低諧波干擾

對于計算機和服務器來說，采用直流輸入，不再存在相位和頻率的問題，多機并聯變得簡單易行。無諧波干擾，UPS存在輸出功率因數，一般在0。6～0。8。

（6）安全性

直流高壓電源系統，是標準電氣柜，安全性高，并且對分路輸出和母線的絕緣狀況實時監控,對人身傷害預警大大提高；UPS非標一體柜，安全性低。

（7）高效節能

由于省掉了逆變部分,直流開關系統經過2次變流，電源效率達到92%以上，UPS系統經過4次變流效率一般70%左右，這樣大大節省能源，降低運營成本。

1.8提高機房溫度

根據中華人民共和國國家標準GB50174-2008《電子信息系統機房設計規范》，A類和B類機房的主機房溫度要求保持在23±1℃，也就是22到24℃。ANSI/TIA-942-2005《TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters》中規定冷通道溫度為華氏68-77度，也就是20到25℃。美國采暖制冷與空調工程師學會(ASHRAE)2008年新的機房冷通道溫度已經從2004年的20到25℃提高到18到27℃。由于國家標準中規定的主機房溫度沒有指定是機柜前的進風溫度，傳統機房存在以下兩方面不足：

·由于沒有冷通道或熱通道封閉，機房溫度特別的低，設備內部的溫度并不低，大量的冷氣短路自循環。

·機房溫度往往低于24℃，處于過度制冷狀態。

現代服務器和網絡設備等并非傳統觀念（10年或20年前）中認為的那么嬌貴，大部分服務器在溫度10-35℃，相對濕度20%-80%都可以正常運行（ASHRAE認為的設備環境要求，也是絕大部分商用服務器的工作環境要求范圍）。因此可以提高空調送風溫度，保證IT設備的運行溫度即可。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%。同時空調系統的制冷能力提高約5%。

因此，在用戶認可的條件下，提高機房的溫度是節約能源的措施之一。建議數據中心冷通道的溫度（ASHRAE標準要求在冷通道中間對準機柜中間1.5米高度測量，每4個機柜至少一個測試點）最低為為24或25℃。

1.9科學運維

·人走關燈和關閉大屏幕顯示器，減少照明產生的能耗以及相應增加的制冷量。

·盡量減少運行新風系統。在機房無人時關閉相應區域的新風系統。

·建議冷通道的溫度不低于25℃。定期檢查冷通道的溫度以免過度制冷造成能源浪費。

·定期檢查地板，防止各種方式的漏風。

·冷通道必須完全封閉，機柜上沒有設備的區域必須安裝盲板，沒有負荷的機柜區域不能安裝通風地板。每次設備變更，都要進行檢查。

·在能夠滿足制冷的條件下盡可能提