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摘要：在数据中心的使用过程中，暖通空调系统属于能源消耗量较大的系统之一。因此，暖通空调系统中的节能措施是否得到了有效落实，对于数据中心能否实现节能运行来说，有着关键性的作用。鉴于此，本文将从节能的角度出发，先是简单阐述了数据中心暖通空调系统的主要特点，接着对数据中心的能耗结构进行了分析，最后还对数据中心工程中暖通空调系统的相关节能措施进行了具体的探究，以期能够提供一些参考意见。
关键词：数据中心；暖通空调系统；节能
引言：现如今，随着信息化、网络化时代的到来，数据中心作为信息化建设中重要的基础设施，其施工规模也在逐渐扩大；同时，服务器的发热密度也越来越高，随之而来的问题便是数据中心能源消耗量的陡然升高。其中，暖通系统的能耗量占到了很大的一部分。因此，对数据中心工程中暖通系统的节能措施进行深入探究能够在很大程度上降低数据中心的能耗，以确保数据中心的可持续发展。
1、数据中心暖通空调系统的特点
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。暖通空调设备主要作用为控制室内显热，除湿负荷小，热湿比趋于正无穷。因此，为了满足机房室内温湿度要求，其所应用的暖通空调系统一般具有送风温差小、送风量大的特点。
2、数据中心的能耗结构分析
2.1 IT能耗
IT能耗是数据中心的根源。影响IT能耗的因素主要有IT设备性能、设备利用率（虚拟化、服务器整合能大幅提升设备利用率）、供电效率等。
2.2散热系统能耗
散热系统能耗是除IT系统外的最大能耗，通常由风扇能耗（空气流动耗能）和空调制冷系统能耗组成。数据中心运行过程中，风扇能耗主要取决于机房内部的气流组织，即风扇与IT机柜的位置，如远端送风（下送风空调或上送风空调）、机柜周围送风（列间空调或吊顶空调）、机柜内送/排风（前板送风或后门排风）。制冷系统能耗受负载率、机房环境温湿度、室外环境温湿度等因素的影响较大。
2.3供电系统能耗
供电系统能耗通常由电源保护设备（如UPS、HVDC、直流电源）、变压器、配电柜、线缆等能耗组成，电源保护设备的能耗主要取决于设备能源效率和负载率等。
2.4照明系统能耗
照明系统的能耗在数据中心的占比很少，通常与数据中心的建筑面积相关，通过选用节能灯具、选择性开闭照明的方法节能。
根据有关资料显示，能耗构成中IT设备的能耗约占总能耗的50％，空调系统能耗约占40％，配电系统能耗约占10％。由此可见，探究暖通空调系统的节能措施可以在很大程度上降低数据中心的能耗，所以相关从业人员一定要对其予以重视。
3、数据中心工程暖通空调系统中的节能措施
3.1利用自然冷源
自然冷源主要是借助室外自然界的一些低温冷源来冷却机房，例如冷空气、冷水（冰水）等免费的冷源。空调主机的能耗一般能占到空调系统能耗的 56%，通过自然冷却停止或减少数据中心空调主机的运转，可以大幅降低空调系统的能耗，空调全年运行能效比显著提高，节能效果非常明显。一般情况下所使用的方式有风侧自然冷源和水侧自然冷源。风侧自然冷源是指利用室外新风自然冷却，将利用室外的低温空气，通过新风和回风比例调整，经过过滤系统处理之后引入到数据机房内部，实现通信设备的制冷。
我国北方室外空气温度低于 15℃时间占全年小时数 50% 以上，例如北京占 55%，哈尔滨占 70%，非常适合使用自然冷却技术。水侧自然冷源是指利用河流湖泊或地下水自然冷却，例如阿里巴巴位于浙江千岛湖的数据中心因地制宜采用湖水制冷，深层湖水通过完全密闭的管道流经数据中心，帮助服务器降温，制冷能耗节省超过 8 成。
3.2科学改进气流组织
在数据中心工程中，对主机房的气流组织进行合理的规划、设计非常重要。以免发生冷风、热风的彼此混合。当单机柜的热密度小于5kW时，则可秉承冷热通道的设计准则；若单机柜的热密度大于5kW时，则可选择封闭式冷热通道的设计准则。现阶段，我国封闭式的冷通道居多，然而伴随时代的发展，室内设计的送风温度日益上升，建议选用封闭式的热通道模式，主要原因如下：一是封闭式的热通道模式能使人们居住的环境更为舒适，二是封闭式的热通道能够使机柜本身的漏风率降低。关于以往架空地板的送风，由于开孔地板会有相应的阻力损失，要求风机压头更大，加大了风机的功率。而关于高密度的机柜，使架空地板的承重受限，建议将架空的地板取消，选择“封闭式热通道+侧送风形式”相结合的方式，可进一步改进气流组织。
3.3加强设备的变频设计
●在数据中心工程的制冷空调系统，制冷机组运行的电能消耗最大。利用变频冷机，不仅可在部分负荷时，让压缩机的功率变小，而且能够伴随室外湿球的温度而降低，使流入制冷机组的冷却水的温度降低，提高了冷机系统的COP 值。同时，在数据中心的空调系统中，冷机开启时间与蓄冷罐的型号选择具有密切的关系，而冷机变频设计能够极大地压缩开启时间，导致蓄冷罐的容量变小。
●关于水泵，通常在泵的频率末端，难以对环路的压力差进行控制。可选择变频水泵，如果末端的负荷很小，则水泵的频率也会有所降低，进而取得节能的效果。
●末端空调的风机选用 EC 型号，结合架空的地板中的静压或者回风的温度对风机的频率加以控制，使风机的耗电量减少。
●冷却塔的风机最好选用变频风机，依据室外湿球的温度，对风机频率加以调节，以节约大量的电能消耗。
2.4优化新风处理
数据中心的主机房对室内环境要求较高，必须达到相应的洁净度。故主机房室内应维持 5-10Pa 的正压。同时，折成新风的换气次数约为 1 次 /h，处理新风时，在夏季就是简单地进行除湿；而在严寒的冬季，由于室外空气干球的温度比室内露点的设计温度要低一些，同时，干球的湿度也比室内的空气湿度低，故冬天室外空气的处理主要以“加湿、加热”为主。关于加热处理，现阶段我国采用的大多是热水加热和电能加热这两种方式，其中又以热水加热方式为主，但这明显浪费了大量的能源。因此，应当对现行的新风加热方式进行优化。
相关工作人员可以尝试选用换热机组来对新风进行处理。由于新风机房邻近 IT 机房，从而可充分地利用 IT 机房中的回风对新风加热，不仅减少了热量消耗，而且使末端的空调负荷变小，降低了末端空调风机的功耗；对于加湿的问题，通常采取等温加湿、等焙加湿的方式，前者的控制精度较高，但电能消耗较大，对于未启动专用的空调机房时可以选择，可是，若 IT 机房规模较大，涉及的新风加湿量也会增加，同时，有单独的空调机房，可在回风口设置相应的湿膜加湿装置，从而达到节能目的。
结束语：
综上所述，数据中心的建设离不开暖通空调，数据中心的节能建设更离不开暖通空调节能措施的有效应用。因此，要想建设一个 PUE 最低、最节能的数据中心，就需要相关从业人员从各个方面进行综合考虑，在合理设计节能方案的同时，还要抓住每个方面的细节，加强对先进节能技术的应用力度，借此搭建起一个可靠、现代、绿色的数据中心。
参考文献：
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