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数据中心能耗实例分析

前言：本文着重分析了影响数据中心能耗的因素，从数据中心的空调、UPS、

运维等方面对其能耗进行了综合分析。本文认为影响数据中心能耗的关键因素是

空调系统，并以2个数据中心的空调系统为例，结合作者在数据中心建设和运维

中的经验，提出了数据中心节能的建议。

一、数据中心节能的必要性

近年国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势，金融、通信、石化、电

力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心及灾备中心。随着物联网、云

计算及移动互联概念的推出，大批资金投资到商业IDC的建设中。数据中心对电

力供应产生了巨大的影响，已经成为一个高耗能的产业。在北京数据中心较集中

的几个地区，其电力供应都出现饱和的问题，已无法再支撑新的数据中心。目前

某些数据中心移至西北等煤炭基地，利用当地电力供应充足、电价低的优势也不

失为一个明智的选择。

随着数据中心的不断变大，绿色节能数据中心已经由概念走向实际。越来越

多的数据中心在建设时将PUE值列为一个关键指标，追求更低的PUE值，建设绿

色节能数据中心已经成为业内共识。例如，微软公司建在都柏林的数据中心其

PUE值为1.25。据最新报道Google公司现在已经有部分数据中心的PUE降低到

1.11。而我们国内的PUE平均值基本在1.8~2.0，中小规模机房的PUE值更高，

大都在2.5以上。我们在数据中心绿色节能设计方面与国外还存在很大差距，其

设计思想及理念非常值得我们借鉴。

根据对国内数据中心的调查统计，对于未采用显著节能措施的数据中心，面

积为1000平方米的机房，其每年的用电量基本都在500多万kWH左右。因此对

于新建的大型数据中心，节能的必要性十分重要。

从各大数据中心对电力的需求来看，数据中心已经成为重要的高耗能产业而

非“无烟工业”，建设绿色、节能的数据中心急需从概念走向实际。

二、影响数据中心能耗的因素

数据中心的能耗问题涉及到多个方面，主要因素当然是空调制冷系统，但

UPS、机房装修、照明等因素同样影响着数据中心的能耗，甚至变压器、母线等

选型也影响着能耗。例如，对UPS而言，根据IT设备的实际负荷选择合理的UPS

容量，避免因UPS效率过低而产生较大的自身损耗。同时，选择更加节能的高频

UPS、优化UPS拓扑结构都可起到节能的效果。

1、UPS对数据中心能耗的影响

UPS主机的自身损耗是影响数据中心能耗的一项重要因素。提高UPS的工作

效率,可以为数据中心节省一大笔电费。下图为某大型UPS主机的效率曲线。从

该曲线中可以看出，当UPS负荷超过30%时UPS的效率才接近90%。很多数据中

心在投运初期IT负荷较少，在相当长的时间内负荷不足20%。在此情况下UPS

的效率仅仅为80%左右，UPS的损耗非常大。因此，在UPS配置中尽量选择多机

并联模式，避免大容量UPS单机运行模式。例如，可以用两台300kVAUPS并联

运行的模式代替一台600kVAUPS单机运行模式。其优点在于IT负荷较少时只将

一台300kVAUPS投入运行，另一台UPS不工作，待IT负荷增加后再投入运行。

这种UPS配置方案及运行模式可以提高UPS效率，降低机房能耗。

2、供配电系统对数据中心能耗的影响

数据中心的用电负荷非常巨大，并且有很多变频设备例如冷水机组、水泵、

冷却塔、照明灯具等，这些变频设备会产生很大的谐波。此外，UPS、IT设备等

也会产生很大的谐波。谐波对数据中心有非常大的危害，而且会增加能耗。对于

用电负荷为1000kW的数据中心，进行谐波治理后，每年可节能100多万度电。

3、空调系统对数据中心能耗的影响

据美国采暖制冷与空调工程师学会（ASHRAE）技术委员会9.9（简称TC9.9）

统计报告显示，数据中心各部分的用电量分布大致如下图所示：

从上图可看出，空调制冷系统占数据中心总电量的近三分之一，是影响机房

能耗的关键指标。每个数据中心空调制冷的能耗存在很大差异，好的空调制冷方

案可以极大降低能耗，降低PUE值。因此，本文以2个数据中心为例，着重分析

空调系统对数据中心能耗的影响。

三、数据中心空调系统实例分析

1、小型数据中心空调系统能耗分析

以南方某数据中心为例，说明小型数据中心的能耗。该数