數據中心節能改造實踐案例

2023

目錄

1.數據中心發展現狀和能效水平.......................1

1.1數據中心發展現狀..............................1

1.2數據中心能源消費情況........................6

1.3數據中心能效現狀與問題.....................10

2.數據中心節能政策和標準體系......................13

2.1國家和地方相關節能政策措施.................13

2.2國家及地方相關節能標準規范...................18

3.數據中心節能改造技術措施........................28

3.1概述.........................................28

3.2建筑與建筑熱工..............................30

3.3信息系統.....................................31

3.4通風及空調系統...............................33

3.5電氣系統.....................................45

3.6能耗管理...................................51

4.數據中心節能改造實踐案例........................53

4.1中國電建總部數據中心節能改造................53

4.2貴州省信息園數據中心智能新風系統...........55

4.3黑龍江省某數據中心蒸發冷卻改造..............57

4.4江蘇省某互聯網數據中心智能群控系統改造.....58

4.5上海某數據中心制冷系統智慧節能案例..........61

4.6數據中心節能改造實踐經驗....................63

5.數據中心節能工作面臨的形勢與對策分析.............64

5.1面臨的形勢...................................65

5.2應對的策略...................................68

附件一：數據中心節能政策............................74

附件二：數據中心節能標準規范........................75

附件三：數據中心空調系統節能標準....................77

附件四：國家綠色數據中心先進適用技術產品目錄（2020）80

1.數據中心發展現狀和能效水平

數據中心是中國實現信息化進程的重要載體，在云計算、5G、AX

智能等領域發揮著重要的作用。隨著信息化和工業化的加快融合，

數據中心不僅可以服務于互聯網，而且可以服務于傳統行業數字化轉型,

有效推動地方優勢產業轉型升級和創新發展。

經濟發展、社會需求和技術變革推動中國數據中心飛速發展。“十

三五”期間，全國數據中心機架數量增長超兩倍，機架數量有望突破

300萬架，數據中心數量超過7.4萬家。受規模提升的影響，全國數

據中心耗電量增長率連續八年超過12%,近高于其他用能行業。數據

中心的節能降耗工作顯得尤為必要。

在國家部委的政策引領下，在領頭企業的探索中，中國數據中心正

在逐漸向規?；?、低能耗、綠色可持續發展的方向邁進，數據中心節能

工作亦不斷取得新突破。本章主要介紹中國數據中心發展現狀、能耗情

況，以及數據中心節能成效和存在的主要問題。

1.1數據中心發展現狀

1.1.1規模不斷擴大

數據中心是中國信息化基礎設施建設的重要內容，近年來，中國

數據中心迎來蓬勃發展的歷史機遇。據互聯網數據中心發布的

《2020?2021年中國IDC產業發展研究報告》顯示，2020年中國數

據中心業務市場總規模為2238.7億元，同比增長43.3%%

圖1-12015?202()中國數據中心市場規模(單位：億元)

2020年，以5G、大數據、物聯網、人工智能等新技術、新應用為

代表的新基建，在推進疫情防控和疫后經濟復蘇上發揮了重要作用，推

動國內數據中心需求的激增。有機構預測，2021年中國數據中心市場規

模將超過270()億元，比2019年提高一倍。

業務需求的持續擴大推動數據中心的迅速發展。“十三五”期間，

中國數字中心的機架規模與占有面積實現雙高速增長。其中，數據中心

機架數量從124萬架增長到288萬架，保有面積從15()3萬平方米

增加到超過3000萬平方米。

2019年，中國在建數據中心機架規模約185萬架，同比增長30%。

隨著在建數據中心的陸續投產，預計“十三五”期末，中國數據中心機

架保有量將突破300萬架。

2

圖1-22016~2020全國數據中心機架規模及增速（單位：萬架）2

1.1.2結構持續優化

根據工信部對數據中心的分類，按照機架數量，國內數據中心可

分為三類：中小型數據中心、大型數據中心以及超大型數據中心3。

中小型數據中心曾在中國數據中心中占絕主力，其數量一直占70%

以上。原因是中國數據中心早期多由企業或機構自建，服務于企業數據

運算、存儲和交換，為企業、客戶及合作伙伴提供數據處理、數據訪問

等信息，比如銀行、保險、政府、科研院所、醫療機構等。

3

80?

圖1-32014~2020年全國各類型數據中心占比的變化

2018年以來，隨著國內移動互聯的興起和云計算的快速發展，阿

里、騰訊、百度等大型互聯網企業對海量數據的存儲■、處理等業務需

求增大，大型和超大型的互聯網數據中心激增，數量逐漸超過中小型數

據中心。

從國內三類數據中心占比變化情況看，2019年前后，中小型數據

中心占比呈現斷崖式下降，由2018年的50%迅速下降到26%o而超

大型數據中心占比則由20型年的17%,提高到37%\

無論從優化數據中心布局的宏觀需求出發，還是從節能和提高能

效的現實需要出發，大型化和集群化均是數據中心發展的大趨勢C預

計2020年，中國大型和超大型數據中心合計占比將超過80%,其中，

超大型數據中心占比將達到43%,中小型數據中心占比將進一步壓縮

到17%左右。

1.1.3布局發生調整

早期國內數據中心的布局主要受經濟發展水平的影響。從存量上

看，國內數據中心主要分布在環渤海、長三角、珠三角等經濟發達地

4

區。2019年，北京擁有數據中心機架14.1萬架、上海擁有34.8萬架，

廣東擁有34.3萬架，北上廣三大城市的在用機架數占全國的31.3%。

從服務對象上看，環渤海的數據中心主要為支撐云計算、軟件業

以及天津的制造業、物流產業等需求；長三角地區數據中心主要用于支

撐科研單位、金融機構、信息產業和現代服務業的計算需求；珠三角

地區以支撐現代通信與互聯網產業為主。

圖1.42019年北上廣機架數量及占全國比例

近年來，由于經濟發達地區的土地、電力等資源逾加緊張，在國家

政策引導下，中國的數據中心建設逐漸向中西部地區轉移。一方面，中西

部地區電力資源相對豐富，環境冷量充沛利于降低數據中心冷卻能耗；

另一方面中西部地區為承接數據中心轉移開出了大量優惠條件，如內蒙

古烏蘭察布市的數據中心享受0.28元/千瓦時的超低電價，遠低于北京

市（）.8?1.2元/千瓦時的電價水平。

多種因素綜合作用下，數據中心在中西部地區快速發展，建設規

模不斷擴大。如百度公司在山西陽泉市建設了6000臺機架的超大型

數據中心，中國移動公司在內蒙古呼和浩特市建設了10280臺機架的

超大型數據中心，中國聯通在貴州省貴安新區建設了30800臺機架的

超大型數據中心。此外，在新疆、青海、陜西等地，也有新的數據中

心布局。

5

圖1-5中國數據中心新增關見劃項目分布熱力圖5

1.2數據中心能源消費情況

對于國內數據中心能源消費總量，目前尚無官方統計。但被大家

普遍接受的觀點是：數據中心能耗高、能耗增長快，占全國能源消費

比重逐年提高。同時，數據中心的能耗消費較為集中，除了IT設備

外，制冷系統等輔助設施能耗比例高。

1.2.1總用電量約占全國的1?2%

由于在電力統計中，數據中心的實際耗電量常常被混合計入不同

的行業范疇，因此，數據中心能耗統計困難，目前尚無得到權威認定

的官方數據。

中國電子學會在《中國綠色數據中心發展報告(2020)》中通過

機柜樣本調查的方法，測算中國數據中心2019年總用電量為600-700

億千瓦時，約占全社會用電總量的1.0%。2020年受疫情影響，中國

6

數據中心總用電量規模持續擴大，據預測，數據中心電耗占全社會用

電量比重將突破1.5%。

LEED6數據中心顧問（中國）委員會在《中國數據中心能源使用報

告（2019）》中通過統計中國各級別服務器數量、比例、PUE的方法，

測算中國數據中心2018年總用電量為613億千瓦時，約占全社會用

電量的1%。

據《綠色數據中心白皮書》稱，2018年中國三峽發電量、上海市

用電量、數據中心總用電量分別為1016億1567億1609億千瓦時，

數據中心總用電量已超過上海市，相當于1.6個三峽發電站。

綠色和平與華北電力大學聯合發布的《點亮綠色云端：中國數據

中心能耗與可再生能源使用潛力研究》認為，2018年中國數據中心電

力消費總量達到1608億千瓦時，約占當年全社會用電量的2.3%O

中國電子節能技術協會數據顯示，目前中國數據中心的耗電量已連

續八年以超過12%的速度增長，預計2020年總耗電量將達到2023億

千瓦時。占202（）年全社會用電量的2.7%。甚至有機構大膽預測，

由于受到疫情影響，2020年中國數據中心耗電量將突破2200億千瓦

時，占全國用電量的比重將超過3%c

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圖1-62010-2020中國數據中心耗電量及增速8

雖然不同的行業協會和研究機構對于國內數據中心能耗總量存

在一定爭議，但不可否認的是，數據中心能耗高、能源密度大、增速

快，是節能重點領域。

1.2.2能源消費較為集中

數據中心包括IT設備和軟件以及配套的輔助基礎設施，輔助設

施包括制冷系統、供配電系統等。從能耗構成看，數據中心能耗集中

在這三大領域，其中，IT設備和軟件耗電量最大，其次是制冷系統，

電氣系統能耗占比較小。

8

圖1-72019年中國數據中心分系統能耗占比9

(1)IT設備和軟件能耗

IT設備承擔數據計算、存儲和交換等任務，運行時間長，耗電量最大,

能耗占比約42%oIT系統主要包括CPU、存儲器等，影響IT系統能耗

的主要因素有電源輸入模塊與設備專業組件。大量的服務器、存儲設備、

交換機以及千億級別的芯片在運行過程中消耗大量能源。

目前，國內主流的機柜功率以4-6kW為主，6kW及以上的機柜

占比為32%,0o國內擁有超過3000個機架，總功率1.5萬kW的大型

數據中心超過300個，華為、阿里等通信和互聯網巨頭的超大型數據

中心機架數甚至超過1萬個，運行能耗驚人L

(2)制冷系統能耗

由于IT系統運行電阻的存在，計算過程中能源消耗大部分以熱

的形式耗散到環境中，需要建設高效制冷系統對IT設備進行散熱。

同時，為保障IT設備穩定運行，數據中心對環境溫度和濕度要求較

9

高，往往依賴空調、冷水機等設備來降溫，這是數據中心制冷系統大

量存在和能耗高的原因。

數據中心制冷系統包括空調壓縮機、冷卻水系統、冷凍水系統、

冷卻塔以及冷卻工質等，能耗占比約4()%。影響制冷系統能耗的因素有:

各類設備的發熱、建筑圍護設備傳熱、新鮮空氣系統傳熱、太陽輻射熱、

系統能效比、氣流組織、空調運行時間等，可概括為設備因素與環境因

素。

由于制冷系統是數據中心能耗最大的輔助設備，數據中心節能改

造通常以提高制冷系統效率和減低冷量損耗為主，制冷系統能效提升

對于數據中心節能意義重大。

(3)電氣系統

電氣系統是主要是為了保障IT設備和軟件運行所需的電源和電

壓。電氣系統能耗占比約18%,影響供配電系統耗電量的主要因素有：

照明設置、不間斷電源系統、變壓器等。其中，不間斷電源(UPS)能

耗最高。

1.3數據中心能效現狀與問題

1.3.1能效提升顯著但總體水平不高

表征數據中心能效的主要指標為PUE,PUE是數據中心總能耗

/IT設備能耗的比值。PUE值越低，表明數據中心能源利用效率越高。

近年來，隨著國內對數據中心節能工作的不斷重視，節能改造和綠

色數據中心建設，以及超大型數據中心帶來的規模效應，共同促進了中

國數據中心能效明顯提升。從能效水平上看，從2016-2018年，大型

數據中心PUE平均值從1.8下降到1.55左右，超大型數據中心PUE

平均值從1.5下降到1.3左右。從結構上看，從2012年到2019年，

PUE值大于2.0的數據中心占比從34.6%下降到2%,PUE小于

1.5的數據中心占比從2.7%上升到了12.9%；

10

雖然近年來國內數據中心的PUE值下降明顯，但與全球平均水

平相比（目前全球數據中心PUE平均值為1.65）,國內仍有大量的

數據中心PUE值在1.6以上，能效水平仍然不高4特別是中小型數

據中心，PUE值很多在2.0以上，仍有較大的節能改造空間。

1.3.2不同類型數據中心的能效差別顯著

由于建設時間、功能等不同，國內數據中心發展水平和能效參差不

齊。

首先,2018年后籌建的超大型互聯網數據中心PUE值普遍較低。

部分數據中心能效水平已經達到國際領先。如阿里巴巴杭州仁和數據中

心采用的液冷自然冷源設計年均PUE達到1.12,為全球規模最大的全

浸沒式液冷數據中心；通過采用間接蒸發自然冷卻技術，字節跳動的傳

統數據中心PUE由2018年的1.17、20數年的1.16,降低至中心年

的1.14,3；騰訊、百度等企業亦通過應用先進制冷技術，數據中心能效

能與國際互聯網企業巨頭谷歌、Facebook等看齊。

11

與此同時，早期建設的中小數據中心PUE普遍偏高，且數量眾

多。目前中國中小型數據中心數量占到全部數據中心的26%以上，如

果按照占比面積分類，則中小型數據中心占比接近40%,4o中小型數

據中心PUE普遍偏高，有的甚至高達2.0以上。

1.3.3中小數據中心節能管理難度大

一直以來，國內的數據中心，特別是中小型數據中心節能管理遇到

眾多難題。

首先，從數據中心的運營方看，數據中心多為各企'業和機構的內設

部門運營，不對外提供服務，導致外部政府無法掌握其規模和數量，內

部管理范圍交錯，難以界定運行邊際；

其次，從數據中心作用看，大多數承載機構和企業的核心業務系統

運行，出于商業和保密等原因，在運營成本和綠色化發展方面考慮較

少，各項引導政策對其吸引力不足；

再次，數據中心的節能改造面臨停機的問題，而企業管理人員對

于數據中心的穩定性、安全性、持續性工作的側重明顯高于對節能方

面的關注。因而對數據中心進行停機節能改造的難度大，而非停機改造

僅僅適用于輕度改造，適用范圍明顯減弱；

最后，從管理主體的數量和布局看，其管理主體數量眾多且分散，

造成社會管理成本較高，政府無力對其全面嚴格管控。

因此，數據中心節能工作要實現在中小型數據中心方面的突破，

需要加強中小型數據中心的運維管理，落實節能責任，同時加大節能管

理人員培訓，提高其節能意識。

12

2.數據中心節能政策和標準體系

數據中心高速發展的同時，能耗問題突出。為此，國家部委、地方

政府和相關機構相繼制定了一系列促進數據中心節能提效的政策、法規

與標準。本章將介紹近年來國家和地方出臺的數據中心政策和標準，以

更好地了解數據中心的節能工作重點和方向。

2.1國家和地方相關節能政策措施

國家和地方對于數據中心的節能政策主要圍繞著優化數據中心

建設布局、提高節能要求、開展綠色數據中心示范，發揮公共機構引

領作用等展開C

2.1.1優化數據中心建設布局

從國家政策導向看，2017年，工信部相繼發布了《關于數據中心建

設布局的指導意見》及《全國數據中心應用發展指引（2017）》等，這

是指導國內數據中心建設的綱領性文件。該系列政策文件通過劃分數據

中心建設地區類型、采用有區別的政策措施，推動數據中心建設向氣候

適宜、能源充足、土地租用價格低廉的西部地區轉移。政策實施后，以

內蒙古、貴州為代表的西部省份數據中心實現高速發展，建設數量規模

快速提升。2019年7月《關于數據中心建設布局的指導意見》提出

市場需求導向原則：從市場需求出發，合理規劃建設數據中心。對滿

足布局導向要求，在PUE1.5以下的新建數據中心，以及整合、改造

和升級達到相關標準要求（暫定PUE降低到2.0以下）的已建數據

中心，在電力設施建設、供應及服務等方面給予重點支持。

從地方政策看，由于地方經濟發展水平、產業結構布局、區域資源

條件等不同，不同地區對于數據中心建設采取了不同的政策措施。總體

而言，北京、上海等一線城市嚴控增量，優化存量；蒙貴寧等欠發達地

區積極引進、擴大規模。

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（1）北京禁止在中心城區新（擴）建數據中心

2018年，北京市數據中心可用機架數約為18.6萬，全市數據中

心平均PUE值達到了1.5,單位機架能耗水平達到4kW,據此測算，

數據中心耗電量占全市全社會耗電量比例高達9%o由于數據中心加

劇了全市用電緊張局面，因此，北京市制定了一系列數據中心管控政策。

如《北京市新增產業的禁止和限制目錄》（2018年版）指出，禁止建設

PUE值在1.4以上的數據中心；中心城區全面禁止新建和擴建數據中

心。政策推動了新建的數據中心向天津、廊坊等周邊轉移。

（2）上海嚴格控制新建數據中心

目前上海市數據中心約有10-15萬個機架，主要服務于金融、通

信、互聯網運營商。建成的數據中心一部分是企業自用，另一部分為

互聯網運營商為用戶提供租賃等服務。當前數據中心運行PUE為

1.50-2.00,機架能耗分布較散年針對這一情況，上海市在《節能和

應對氣候變化“十三五”規劃》嚴格控制新建數據中心，確有必要建設

的，必須確保數據中心PUE值小于1.5o同時，加快數據中心全面節

能改造。2019年，上海市提出將全市互聯網數據中心新增機架數嚴格

控制在6萬架以內；堅持用能限額，新建互聯網數據中心PUE值嚴

格控制在1.3以下，改建互聯網數據中心PUE值嚴格控制在1.4以

下。

（3）廣東省加強數據中心節能改造與替代

廣州市要求各區新建數據中心項目實行能源消費承諾和替代制

度，同時提高新建數據中心節能標準。2019年，廣州市印發《關于加

強數據中心節能審查工作的通知》。提出了新建數據中心的能效準入要

求：新建項目符合PUE在1.4以下；改造項目要符合PUE在1.6以下；

并對改造后低于1.4以下PUE值按不同等級分配節能量用能指標。

同時，要求新建數據中心項目所在區實行能源消費承諾和替代制

14

度，對既有數據中心進行節能綠色化改造，還提出了日常管理和節能監察

等方面的要求。

2019年，深圳市印發了《深圳市發展和改革委員會關于數據中心節

能審查有關事項的通知》，深圳在存量數據中心上開展節能工作，按照

“以高代低、以大代小、以新代舊”等方式促進老舊數據中心改造，對

于不同PUE值的數據中心，給予不同政策支持，例如對PUE值為

1.3-1.35（含1.3）的高效數據中心，可在用能指標上予以傾斜。

（4）貴州省布局（超）大型節能數據中心

貴州省將數據中心的發展作為產業升級的主要動力，優越的自然

條件和優惠的政策，吸引了一大批超大型數據中心的入駐。為了加強數

據中心的節能管理，2017年，貴州省發布了《關于進一步科學規劃布局

數據中心大力發展大數據應用的通知》，對新建的數據中心提出

更高的節能標準和要求，包括加強數據中心節能設計、既有數據中心技

術改造，大力提高實際裝機利用率，提高運營管理水平，推進數據中心

綠色化發展。同時，強調要優化大型、超大型數據中心布局，杜絕數據

中心和相關園區盲目建設，避免數據中心建成后空置率過高等。

2.1.2提出數據中心能效指標

2012年以來，隨著數據中心需求激增，數據中心能耗問題凸顯。為

加快數據中心節能管理，從“十二五”到“十三五”，國家逐漸提高了數

據中心的節能標準，要求各地新建和改擴建數據中心的PUE值不斷降

低。

2013年，工信部在《關于講一步加強通信業節能減排工作的指導

意見》，提出要出臺適應新一代綠色數據中心要求的相關標準，優化

機房的冷熱氣流布局，采用精確送風、熱源快速冷卻等措施，確保新

建大型數據中心的PUE值達到1.5以下，力爭使改造后數據中心的

PUE值下降到2以下。

2017年《“十三五”節能減排綜合工作方案》指出：進一步推廣云

計算技術應用，新建大型云計算數據中心PUE值優于1.5。

15

2019年，出臺《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》指出大

型和超大型數據中心設計PUE值應不高于1.4o

2021年，工業和信息化部印發《新型數據中心發展三年行動計劃

（2021-2023年）》提出了具體目標：至I」2021年底，新建大型及以上

數據中心PUE降低到1.35以下。到2023年底，新建大型及以上數據

中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區力爭降低到1.25以下。

從北京、上海等地的政策文件看，普遍將PUE值在1.4以下作為

新建數據中心的準入標準。在改擴建項目上，要求數據中心節能改造

后，PUE值不高于1.5（北京）巴甚至1.4（上海）0

2.1.3開展綠色數據中心建設示范

為了調動數據中心節能積極性，發揮先進數據中心的示范引領作

用，從“十三五”以來，國內一直積極開展綠色數據中心試點工作。

2015年，工信部等三部委聯合下發了《國家綠色數據中心試點工

作方案》，要求到2017年，創建百個綠色數據中心試點，試點數據

中心能效平均提高8%以上。該政策文件還提出了數據中心節能技術

改造、綠色數據中心運維管理體系建設等具體措施。

為鼓勵綠色數據中心建設，《國家綠色數據中心試點工作方案》

下發后，國內進行了首次國家綠色數據中心評選工作。北京、上海、

廣東、天津、河北、江蘇等14個地區入選第一批遴選地址，并且在

生產制造、電信、公共機構、互聯網、金融、能源6個重點領域中評

選出了49家數據中心納入到《國家綠色數據中心名單.》o

16

2019年，工信部等三部門發布了《關于加強綠色數據中心建設的

指導意見》，要求建立健全綠色數據中心標準評價體系和能源資源監管

體系，打造一批綠色數據中心先進典型，形成一批具有創新性的綠色技

術產品、解決方案。

2020年8月，國家再次發布《關于組織開展國家綠色數據中心

(2020年)推薦工作的通知》,8,經過評選，通信、互聯網、公共機

構、能源和金融領域的6()家數據中心入選新一批國家綠色數據中心。

2.1.4促進公共機構數據中心綠色先行

為積極響應國家綠色數據中心試點工作，2016年，國管局在《公

共機構節約能源資源，十三五”規劃》指出要開展綠色數據中心試點，

組織實施中央國家機關5000平方米綠色數據中心機房改造。該規劃

重點提及優化對公共機構機房能耗的監測，實時掌握制冷系統的能耗水

平與效率，對不合理的運行狀態進行調整。主要措施包括：

(1)在制冷方式的選擇上，用液冷替代空冷可增加制冷系統與

IT設備的換熱效率，降低制冷系統的能耗等級；

(2)優化機架布局，目的在于使制冷空調吹出的冷風與機器散

熱時通過自然對流產生的熱風氣流分離，避免冷熱風的摻混。進而提

高低溫冷風與IT設備的高溫表面換熱時的溫差，提高換熱效率，降

低制冷能耗；

(3)建設自然冷源，充分利用北方冬季的外部冷源為機房提供

制冷，降低制冷空調的全年運行時間，降低能耗；

(4)自有系統余熱回收利用，充分利用空調冷凝時散發的余熱，

采用儲能裝置吸收回熱，用于加熱冷卻水，提高制冷系統的能源利用

效率。

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從試點情況看，包括中科院計算機網絡信息中心、麗水市公安局

數據中心、寧波市行政中心集中機房在內的8家公共機構數據中心入

選國家綠色數據中心，起到了良好的示范引領作用。

2.2國家及地方相關節能標準規范

數據中心相關標準較多，包拈《數據中心設計規范》、《通訊中心

機房環境條件要求》等在內的建設、環境要求、管理等國家標準，對

保障數據中心建設和運行起到了很好的指導作用。

隨著對數據中心節能工作的重視，在《數據中心設計規范》、《互聯

網數據中心工程技術規范》等國家標準中相繼加入了節能設計要求。對于

數據中心的環境條件、制冷系統等節能要求多依賴建筑和建筑熱工、空

調系統等的相關節能標準。

國家標準有《數據中心資源利用第3部分：電能能效要求和測

量方法》(GB/T32910.3-2016)。在數據中心節能評價和能源管理方

面，已經出臺了相應的標準，如《數據中心綠色等級評價》(團體標

準)和《數據中心能源管理體系實施指南》(國家標準)。

我國現有涉及數據中心資源能源利用、能效/能耗評價、節能評價、

綠色數據中心評價的國家標準、地方標準、行業標準和規范性文件超過

20項，但在實際應用中指標計算邊界和數據監測口徑不一。為規范數

據中心能效評價，2021年10月《數據中心能效限定值及能效等級》

(GB40879-2021)作為強制性國家標準正式發布，規定了能效限定值

等強制性能效準入要求，也代表著數據中心建立了規范、統一的數據中

心能效評價方法，將為該領域實現綠色低碳發展提供關鍵的標準工具。

此外，不少地方已經開始了數據中心專項節能標準的有益嘗試，

如北京出臺了《數據中心節能設計規范》，上海出臺了《數據中心機房

單位能源消耗限額》，山東出臺了《數據中心能源管理效果評價導則》

等。

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在綠色數據中心評價標準方面，得益于國家綠色數據中心試點工

作的開展，國內綠色數據中心評價標準較多，相關機構相繼出臺了《綠色

數據中心評估準則》、《綠色數據中心評價標準》以及《國家綠色數據

中心試點評價指標體系(2017)》，對綠色數據中心建設起到很好的

指導作用。

圖2-1國內數據中心節能相關標準體系

2.2.1數據中心節能設計標準

在《數據中心設計規范》(GB50174-2017).《互聯網數據中心

工程技術規范》(GB51195-2016)中均有數據中心節能設計內容c除

了上述國家標準外，北京市出臺了專門的數據中心節能設計規范——

《數據中心節能設計規范》，這也是首個地方數據中心節能設計標準。

(1)《數據中心設計規范》(GB50174-2017)

《數據中心設計規范》(GB50174?2()17)給出了最為詳細的節能

舉措，可操作性較強、易于實現，是指導數據中心制冷系統節能提效的

重要標準。該標準對于綠色數據中心建設，既有數據中心節能改造具

有較強的指導意義。

該標準的一大亮點是對機房環境，特別是主機房氣流組織形式進

行的界定。

19

表2-1《數據中心設計規范》對主機房氣流組織形式的界定

上送上回

氣流組織形式下送上回側送側回

（或測回）

1.活動地板風口1.散流器

（可帶調節閥）；2.帶擴散板風口1.百葉風口

送風口2.帶可調多頁閥的3.百葉風口2.格柵風口

格柵風口；4.格柵風口3.其他風口

3.其他風口5.其他風口

回風口格柵風口、百葉風口、網板風口、其他風口

送回風溫差8c~15℃,送風溫度應高于室內空氣露點溫度

此外，標準還對機房空調提出了節能設計要求，除了要求空調系

統應根據當地氣候條件，充分利用自然冷源，根據情況設置蓄冷設施

和全新風空調系統，在進行空調系統設計時，應分別計算自然冷卻和余

熱回收的經濟效益，并應采用經濟效益最大的節能設計方案。

其他措施還包括：1）對單臺機柜發熱量大于4kW的主機房，宜

采用活動地板下送風（上回風）、行間制冷空調前送風（后回風）等方式，

并宜采取冷熱通道隔離措施；2）根據負荷變化情況，空調系統宜采

用變頻、自動控制等技術進行負荷調節；3）空調系統的新風量應取

下列兩項中的最大值：按工作人員計算，每人40m3/h；維持室內正

壓所需風量；4）大型數據中心宜采用水冷冷水機組空調系統，也可采

用風冷冷水機組空調系統；采用水冷冷水機組的空調系統，冬季可利用

室外冷卻塔作為冷源；采用風冷冷水機組的空調系統，設計時應采用自

然冷卻技術。

（2）《互聯網數據中心工程技術規范》（GB51195?2016）

《互聯網數據白心工程技術規范》（GB51195-2016）從數據中心

的設計、建設施工、驗收出發，制定了強制性的規范，并加入了節能設

計要求。比如要求采用通透式機架或半封閉式機架、優化氣流組織形

勢、對空調機房溫度、濕度等進行控制。

20

同時，要求在滿足設備運行的前提下，宜提高機房的環境溫度設定

值。根據氣候特點，宜采用直接引入式新風系統、隔離式熱交換系統或

帶自然冷卻盤管的機房專用空調設備，利用室外低溫空氣對機房降溫。

根據氣候特點，宜在冬季利用冷卻塔向集中式空調系統供冷。直接引入

式的新風系統宜采用變風量模式，夏天減少冬天增加風量。在節能管

理方面，可采用空調群控技術。同時，對互聯網數據中心的PUE提出要

求，如新建IDC的PUE年平均值不宜大于1.6,擴建時該值不宜大于

1.8o

（3）北京《數據中心節能設計規范》（DBU/T1282?2015）

2015年，北京出臺了《數據中心節能設計規范》（DB11/T1282-

2015）,該標準是國內首次數據中心節能設計規范。對數據中心選址、建

筑、給排水、供暖、空調、通風和電氣系統等節能設計做出系統性的規

定。此外，還包括了數據中心能源利用技術指標和用能監測系統等內

容。

表2-2北京《數據中心節能設計規范》對空調系統參數的規定

房間名稱控制參數

機柜進風區域干球溫度18C~27C；露點溫度5.5℃~15℃,同時相對濕度不

（冷通道，開機時）大于60%

干球溫度5℃~45℃；相對濕度8%'80%,同時露點溫度不大于

主機房（停機時）

27℃,

輔助區（開機時）干球溫度18℃~28℃；相對濕度35%?75%

輔助區（停機時）5℃~35℃：相對濕度201r80%

不間斷電源系統電池室干球溫度20℃~30℃

注1:室內設計參數除滿足上表要求外，還應滿足工藝設備要求。當二者有沖突時，應按

工藝設備的規定確定室內設計參數，在保障使用安全的前提下，應優先采用較高的控制溫

度。

注2：主機房溫度變化率不應大于5C/h,且不應結露。

21

2.2.2數據中心能效評價標準

隨著綠色節能觀念的逐漸深入，數據中心能效評價和等級認證也

層出不窮，在國內比較權威的是國家綠色數據中心評價和認證，在國

際上，最有代表性的是LEED認證19和Uptime認證。

(1)國際標準和認證

UptimeInstitute成立于1993年，20余年來長期致力于數據中心

基礎設施的探索和研究，是全球公認的數據中心標準組織和第三方認證

機構。其主要標準《DataCenterSiteInfrastructureTierStandard：

Topology)#(DataCenterSiteInfrastructureTierStandard：

OperationalSustainability》是數據中心基礎設施可用性、可靠性及運

維管理服務能力認證的重要標準依據。

該標準由Uptime長期研究數據中心領域的經驗與終端用戶的知

識積累結合發展而成，在行業中具有深刻的影響力。UptimeTier等級

認證基于以上兩個標準，是數據中心業界最知名、權威的認證，在全

球范圍得到了高度的認可。

Uptime認證將數據中心分為Tier-TierIV四個等級，TierIV最

高。Uptime認證主要包含四部分：TierCertificationofDesign

Document(設計認證)，TierCertificationofConstructedFacility(建

造認證)，TierCertificationofOperationalSustainability(運營認證)，

M8&O認證。

(2)國內綠色數據中心評價標準與指標

國內對于數據中心能效評價始于《數據中心資源利用笫3部分：

電能能效要求和測量方法》(GB/T32910.3-2016)。該標準給出了數

據中心的電能等級和影響電能等級的主要因素，規定了數據中心電能能

效的測量方法和計算方法。

22

在電能能效分級方面，該標準根據數據中心的電能利用效率，將

數據中心分為5級，一級（節能）能效指標在1-1.6；二級（較節能）

能效指標在L6-1.8；三級（合格）能效指標在1.8-2；四級（較耗能）

能效指標在2-2.2,能效指標超過2.2的數據中心屬于高能耗。

此外，該標準還界定了制冷系統的適用范圍、規定了評價綠色數據

中心制冷效率的KPI。規定了數據中心能耗的范圍，數據中心所處的氣

候環境（嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地

區）、數據中心的制冷形式（風冷式系統、水冷式系統）以及EEUE在

不同氣候條件下的調整值，對于指導數據中心用能效率評價具有重要

價值。

從2015年，國內啟動綠色數據中心試點工作以來，相關機構相

繼出臺了《國家綠色數據中心試點評價指標體系（2017）》、《綠色

數據中心評估準則》、《綠色數據中心評價標準》等，在上述標準和指

標體系中，均將能源資源利用水平作為綠色數據中心評價的重要指標,

并給與較高的權重。

其中，《國家綠色數據中心試點評價指標體系（2017）》是指導

國家綠色數據中心建設和評價的重要規范，該指標體系主要包括先進

適用技術推廣使用、運維管理體系建設、能效提升、水資源利用、有害

物質控制、廢棄電器電子產品處理、可再生能源和清潔能源應用等方

面內容。數據中心的電能適用效率低于1.2,將獲得50分。應用高比

例可再生能源或清潔能源，包括自有設施生產和外購的可再生能源或

清潔能源，還將獲得額外的加分項。

在《綠色數據中心評價標準》（T/ASC05-2019）中，進一步細化

了數據中心IT設備、空調系統、電氣系統的能效要求。在空調制冷

方面，指標權重高達37分。分為8個小項，如主機房氣流組織冷熱

通道分離，得4分；主機房氣流組織采用CFD模擬優化，得5分；

供暖熱源采用余熱回收且達到50%以上，得5分；其他熱需求采用數

據中心余熱回收且達到50%以上，得3分；循環水機組、冷水機組性

23

能提高6%以上，得8分。指標細化為綠色數據中心節能工作提供了

可操作的方法和標準。

2021年10月《數據中心能效限定值及能效等級》（GB40879-

2021）正式發布，數據中心至此在能效方面有了規范性指導文件，文

件中規定了數據中心的能效等級與技術要求、統計范圍、測試與計算

方法。為數據中心能效的對標、能效提升工作提供支撐。

2.2.3數據中心能源管理標準

在數據中心設計和運行標準中，均有運維管理的內容要求。為了

促進數據中心能源管理工作的統一和規范，2019年，國家出臺了《數

據中心能源管理體系實施指南》（GB/T37779-2019）,該標準已經在

2020年得到全面實施。

標準旨在指導數據中心規范建立、實施、保持和改進其他能源管

理體系，持續提升其能源績效。同時，根據數據中心設計、建造和運維

的特點，對數據中心實施能源管理體系的策劃、實施、檢查等過程進

行了重點闡述。

該標準要求數據中心建立，實施、保持和改進能源管理體系，主

要措施包括：

1）最高管理者對建立能源管理體系的必要性和緊追性有充分的

認識，了解能源管理體系的要求以及相關法律法規、標準；清楚數據

中心的自身規模、能力、需求等狀況。

2）確定能源管理體系覆蓋的邊界和范圍，并形成文件。應明確

數據中心所處的地理位置、氣候帶、數據中心面積以及功能等，在界

定能源管理體系的范圍和邊界時考慮數據中心的能源系統（如圖1所

示）。

3）開展能源評審，借助能源統計、能源監測、能源審計和檢測

等工具，了解數據中心能效水平，策劃、實施可行的能源管理方案，

以持續改進能源績效。

24

4)策劃可行的方法，確定適宜的管理方式，以滿足能源管理體

系的各項要求，持續改進能源績效和能源管理體系。

該標準的制定和實施對于數據中心綜合系統地進行節能管理.，落

實能源管理職責，持續改進能源利用效率的意義重大。

2.2.4數據中心節能相關地方標準

由于數據中心能耗高，對地方節能工作造成了很大的壓力。近年來,

在數據中心較為集中、能源供需緊張的一線城市和經濟發達地區，已經

開始了數據中心地方節能標準的研制。如上海制定了數據中心能耗限額

標準，北京制定了數據中心節能設計、評價、能耗定額和公共機構綠色

數據中心等一系列標準。

1.上海市——數據中心能耗限額標準

2012年，上海市發布了《數據中心機房單位能源消耗限額》

(DB31/651-2012),這是國內首個針對數據中心能耗管理的地方標

準。該標準已經在2013年2月1口正式出臺實施。2020年得到修訂。

在2012年的標準中，針對現有數據中心不同投入使用年限的機房，

制訂了不同標準的單位能耗限定值。在制冷系統的能源消耗測量指標

中，規定了制冷系統總電力消耗指標與水消耗指標。

針對互聯網數據中心的要求則更為嚴格。2019年，上海市在《上

海市互聯網數據中心建設導則》將新建的PUE值嚴格控制在不超過

1.3,對制冷系統的節能提出了嚴格要求，比如主機房宜采用模塊化的

部署方式、冷卻水儲水量宜滿足系統12小時用水、空調制冷設備應

優先選用配置變頻、變容量冷卻設備，模塊化冷水機組，冷卻系統能

效比應滿足PUE指標控制的要求；應使用各種創新技術提高制冷效

率，包括但不限于外供冷、蓄冷技術、冷熱通道密封、盲板密封、余

熱利用、熱泵技術等；新風系統宜采用熱回收方式或者獨立預處理方

式；宜充分利用自然冷源，全年自然冷源使用時間不宜低于3000小

時。

25

上海市在國家標準《互聯網數據中心工程技術規范》與《數據中

心設計規范》的基礎上，增設了更為具體明確的指導原則。比如在空

調選型、冷卻水的應用、制冷設備的模塊化、以及自然冷源的使用時長

等，均具有明確和具體的要求，對于上海市數據中心節能工作指導性強。

隨著數據中心能效的不斷升級，為了適應新時期數據中心節能工

作要求，2020年8月，上海市《數據中心能源消耗限額》(DB31/652-

2020)代替DB31/652.2012,明確新建數據中心CPUE值(綜合電能

利用效率)不超過1.3,在用數據中心CPUE不超過1.7,改建后的數

據中心CPUE值不超過1.4,通過鼓勵高端綠色數據中心發展，對小

散老舊數據中心逐步關停并轉，推動數據中心綠色發展。止匕外，2020

年起，上海市能效中心對IDC的管理實行能耗數據月報統計制度°上

海市能效中心通過搭建“上海市數據中心在線能源審計平臺”，實現了

線上報送管理。

2.北京市——數據中心節能系列標準

北京市制定的數據中心節能標準較多，在節能設計、評價、管理、能

耗限額等方面都有相應的標準出臺。除了通用的標準之外，2014年，北京

市印發《北京市公共機構綠色數據中心評價標準》，對公共機構綠色數

據中心建設和評價提出了要求。

該標準規定了公共機構綠色數據中心所應具備的節能措施，主要

包括：

1)基本項：數據中心規劃以“重點冷卻IT設備”為原則、未出現

局部過冷或過熱現象、采用自然冷卻技術、室內外溫差超過1()℃時，

自然冷卻空調機組能效比(EER)應不小于8.0、采用冷光源照明。

2)優選項：制冷設備采用智能控制管理技術，應通過空調機組

群控軟件，實現對空調系統的節能控制，根據每列機架的實時散熱量，

動態調節空調的制冷量、采用機柜級冷卻設計、采用單機柜電流監測、

26

在國內首次進行某項綠色節能方面的新技術、新工藝或新產品的應用，

并在業內分享經驗、對自身產生的熱量進行再利用。

在制冷環節，《北京市公共機構綠色數據中心評價標準》提及了

若干非常詳細的創新性評價指標，例如利用冷光源照明、單機柜電流

檢測等，具有較高的借鑒意義。此外，北京市的評價標準側重于節能技

術的推廣與監測，這對于制冷系統節能改造具有較大意義。

除了上述標準外，北京市還出臺了數據中心能效測量專項標準一

—《數據中心能效監測與評價技術導則》(DB11/T1638-2019),該

標準規定了數據中心能效監測方法、數據采集要求和能效評價方法，

有利于指導數據中心規范能耗監測方法、監測內容和數據記錄，推動數

據中心進行能耗對標，促進企業節能減排。

2019年12月，北京市發布了《數據中心能源效率限額》(DB11/T

1139-2019)代替DBU/T1139-2014,明確規定了數據中心能源效率

(PUE)限額指標，限定值1.4,準入值1.3。地方標準的出臺凸顯了

北京市對數據中心能源效率的關于與重視，進一步提高的數據準入門

檻。

27

3.數據中心節能改造技術措施

數據中心節能技術改造的目的是提高能源利用效率、降低PUEo

由于數據中心能源消耗主要集中在信息系統、通風和制冷系統、電氣系

統三大領域。因此，這三大領域是能效提升的重點。本章將從數據中心

能耗出發，重點介紹信息系統、通風和制冷系統、電氣系統節能技術改

造的思路和方法。

3.1概述

為了保障IT設備和軟件運行穩定，數據中心對電能質量和機房

環境要求較高，需要配套供配電、通風、制冷等環境基礎設施.通常，

數據中心由信息系統和輔助設備構成，輔助設備又可分為通風和空調

系統，以及電氣系統。

從能耗結構看，一個典型的數據中心能耗可分為以下三個部分：

(1)信息系統：占數據中心能耗的42%,包括服務器、存儲設備

和網絡通信設備等。其中，服務器的數量最多。

(2)通風和空調系統：占數據中心能耗的40%,其中空調制冷

系統占總能耗的25%以上，其他為空調送、回風系統；

(3)電氣系統：占數據中心能耗的18%以上，其中，UPS系統

占總能耗的8%,其他為輔助照明等能耗。

數據中心的節能改造將綜合運行技術管理手段。在保障IT設備

和軟件運行穩定的基礎上，提高IT設備運行效率，對通風/空調系統

和電氣系統等環境基礎設施，以及建筑外圍結構等進行改造。在技術

改造的同時，運用智能化手段等，加強數據中心的節能管理，以提高數

據中心能源利用效率。

數據中心通用的節能技術改造措施如下：

28

表3-1數據中心通用的節能技術改造措施

類型主要影響因素通用節能技術改造措施

建筑與建筑熱工建筑外圍護結構傳熱新型保溫隔熱材料等

選購高效節能設備、業務分級和提

信息系統設備選型和運行

高處理效率等

通風系統風機調節和改造

應用自然冷源、選購高效設備、提

冷源系統

高系統效率等

通風和空氣調節系統輸配系統設備更新、變頻改造等

溫控和濕度控制系統、選購高效設

末端系統

備、提高顯熱比等

氣流組織優化氣流組織形式

優化系統設計、選購高效設備、提

供配電

高設備效率

優化系統設計、高壓柴油發電機組

備用電源

等

不間斷電源

電氣系統選擇UPS電源等

高壓和低壓配電優化布局等

照明節能燈具和智能控制系統等

可再生能源和資源綜可再生能源、需求響應、余熱回收

合利用利用、液冷等

運維管理系統能耗監測系統節能智能化管理

數據中心節能改造的流程可以歸納為2。：

1）對數據中心進行調查，篩選。首先分析服務器的單機功耗，

上架率，數量等，確定IT設備總功耗。然后分析針對IT總

功耗需要匹配的空調類型，功率等制冷系統功耗范圍。然后

與企業實際制冷系統進行對比，核算二者的差別，并測量現

29

場制冷的溫度和效率，進而得出數據中心制冷效率的初步結

論。

2）對數據中心進行分類：第1類為能效很差的數據中心，必須

進行改造；第2類為能效一般但是規模大的數據中心，值得

改造；第3類是實施可行性強的數據中心，不涉及宕機的問

題則易于改造。

3）初篩確定改造的數據中心后，向數據中心方提交供選擇的第

三方診斷核查企業名單，由甲方確定第三方診斷企業，進行

現場診斷。

4）施工方進入，對數據中心進行節能改造。

5）第三方診斷公司再次對數據中心進行評估，驗收。

在數據中心節能技術方面，近年來工信部發布了《綠色數據中心

先進適用技術產品目錄（2019年版）》以及《國家綠色數據中心先進

適用技術產品目錄（2020）》（見附件四）。將數據中心節能相關技

術分為：能源資源利用效率提升技術產品〔包括高效系統集成技術產

品、高效制冷/冷卻技術產品、高效IT技術產品、高效供配電技術產

品、高效輔助技術產品）、可再生能源利用和分布式供能以及微電網

建設技術產品、廢舊設備回收處理等技術產品、綠色運維管理技術產

品等四大類型，可作為數據中心節能技術改造的重要參考。

3.2建筑與建筑熱工

進行建筑和建筑熱工節能改造的目的是優化機房建筑結構，提高

密封性。在夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區的大部分時間里，

外界環境處于高溫狀態，做好隔熱、密封，可以減少外界環境對數據

中心內部服務器的熱量輸送，減少制冷系統的負擔。

可按照建筑節能改造標