低负载率下数据机房绿色节能技术应用
褚宏奎
（青岛海洋科技中心，山东 青岛 266237）
摘要：文章主要研究的是绿色节能技术在低负载率下数据机房中的应用策略，包括数据机房能耗情况以及低负载率下
绿色节能技术在其中的应用策略分析。经分析发现，在数据机房的空调系统、新风系统、变频空调、气流组织、供电子系统以及照明系统中合理应用绿色节能技术，可以获得良好的节能效果。希望本文可以为绿色节能技术的应用与数据机房节能降耗效果的提升提供科学的参考。
关键词：绿色节能技术；低负载率；数据机房；能耗
DOI：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.039
中图分类号：TP 308 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）03-0124-03
Application of Green Energy-saving Technology in Data Room Under Low Load Rate
CHU Hongkui
(Qingdao Marine Science and Technology Center, Qingdao 266237, China)
Abstract: This paper mainly studies the application strategy of green energy-saving technology in data room under low load rate. It includes the energy consumption of data room and the application strategy analysis of green energy-saving technology under low load rate. Through the analysis, it is found that in the air conditioning system, fresh air system, variable frequency air conditioning, air flow organization, power supply subsystem and lighting system of data room, through the reasonable application of green energy saving technology, good energy saving effect can be obtained. It is hoped that this analysis can provide scientific reference for the application of green energy saving technology and the improvement of energy saving and consumption reduction effect of data room.
Key words: green energy-saving technology; low load rate; data room; energy consumption
1 数据机房能耗情况1.1数据机房能耗现状
在对数据机房运行过程中的能耗进行计算时，
需要将数据中心总能源消耗和IT负载能源消耗的比值（PUE）作为其电能应用效率的衡量指标。经计算发现，如果PUE的值与1接近，数据中心机房便具有较
高的节能效果。但是就目前的很多数据机房来看，其
PUE值通常为1.6～1.9[1]。尤其是近年来，由于我国信
息产业的快速发展，其数据机房的能耗问题也日益严重。在这样的情况下，绿色节能也就成为了数据机房的一个主要建设目标和发展方向。
1.2数据机房能耗原因
就目前来看，我国数据机房能耗过高的主要原因包括以下几个方面：一是机房中的设备虽然容量较低，但却具有较高能耗，这是目前数据机房中比较常见的问题。二是空调制冷系统达不到理想的利用率，且空调设备应用的是分期策略，这样便会出现空调空置现象。加之大型冰冷空调系统在当前的数据机房中并未实现广泛应用，而其空调的能耗比较高。三是如果数据机房中的供电系统布置不够合理，供电设备负载率较低，或存在冗余供电线路等情况下，就会加大数据机房的电能消耗。这些都是导致数据机房运行中产生过多能耗的主要原因。
2 低负载率下绿色节能技术在数据机
房中的主要应用策略
2.1空调系统的绿色节能技术应用
通常情况下，数据机房中空调系统中的绿色节能技术包括以下几个方面。
（1）系统绿色节能技术。合理计算空调的制冷量
需求，再以此为依据来匹配空调主机，尽量不要仅选择一台制冷量大的空调，而是应设置若干台制冷量适宜的紧密型空调，并根据机房实际的制冷需求，采用自动化控制系统来合理控制其运行模式与运行参数。这样才可以使机房中的空调处在最佳运行状态，在满足机房实际制冷需求的同时避免大机组低负荷运行所产生的能耗。
（2）热交换绿色节能技术。由于长时间连续运行
的热交换器表面会附着较多的污垢和灰尘等杂质，增大其阻力，导致热交换效率降低，产生较大能耗，因此，运维人员应定期做好热交换器的清洁与维护工作，尤其是对于冷凝器，更应该按要求做好清理维护。
（3）动力设备绿色节能技术。数据机房空调系统
中的动力设备主要包括风机电机和压缩机电机等，在具体应用中，为降低其运行能耗，可尽量将变频控制技术应用其中，让空调主机可以根据实际制冷需求来
运行[2]。如果空调系统比较大，还可以采用多个动力机
搭配的方式来统筹运行，以此来降低动力设备能耗。
（4）介质输送绿色节能技术。空调系统中最为主
要的介质输送是冷媒管对于冷热介质的输送。降低此方面的能耗最为有效的技术措施是做好管路系统的保温工作。在空调系统长时间连续运行之后，运维人员应全面检查其管路系统中的保温层，并根据实际情况做好保温层的修复补损处理，尽最大限度降低管路系统中的热量损耗。同时也需要对过滤部位做好清洁处理，以此来降低其阻力，在降低介质输送能耗的同时提升机房空气质量。
2.2新风系统的绿色节能技术应用
在对数据机房实施绿色节能改造时，除了需要将合理的绿色节能技术应用到空调系统自身的节能改造中，还需要对新风系统实施合理的绿色节能改造。综合以往的实践应用和绿色节能改造经验，新风处理设备的合理选择以及设备运行的合理控制是最关键的新风系统节能降耗技术措施。基于此，工作人员一定要结合数据机房的实际情况及其对新风系统的应用需求等，为其选择合理的新风处理设备，以免出现设备选择不当所导致的能耗过大问题。同时应采用变频控制技术或自动化控制技术等来合理控制新风系统的运行模式及其运行参数，在满足机房实际新风需求的同时降低系统能耗。另外，工作人员也需要对新风的引入加以合理控制。通常情况下，新风引入需要重点考虑以下几方面：一是与数据机房所在地环保部门积极合作，共同确保当地的空气质量，使其满足新风系统的运行标准。二是结合实际情况，合理控制新风引入口到数据机房室内的距离，避免距离过大使新风进入机房室内后受到二次污染。三是选择吸附能力足够好、杀菌性能足够强的过滤网，以此来确保新风质量，降低污染，并及时做好过滤网的清洗或更换处理，使风口保持清洁[3]。通过此方式可以有效确保数据机房新风系统的运行效果，在充分满足机房实际新风引入需求的同时降低系统能耗，从而达到良好的绿色节能改造目标。
2.3变频空调的绿色节能技术应用
当今，随着变频控制技术的应用和发展，变频空调已经在越来越多的数据机房中投入应用。相对传统的定频空调而言，变频空调具备更加明显的能源节约优势。变频空调的内部设置了变频控制器，它可以根据实际需求来合理调节压缩机转速以及是否连续制冷，其运行中产生的噪音很小，温度曲线十分平缓，具备良好的节能效果。变频空调的应用，可使数据机房中的空调系统具备更快的制冷速度。之所以会达到这一效果，是因为通过变频技术的合理应用，可以在每次启动空调时都使其功率达到最大，从而使空调系统达到最大风量，短时间之内便可将数据机房室内温度降低到预定的温度值。在室内温度达到预定值之后，变频空调中的压缩机转速会自动降低，使变频空调维持在一个低耗能状态。当数据机房中的温度上升到设定上限时，变频空调的运行功率将继续提升到最大功率。如此循环控制，便可使数据机房中的温度始终维持在设定标准范围内，以此来满足其中所有设备的运行需求，为数据机房创造一个良好的运行环境，同时也可以最大限度降低空调系统耗电量，并进一步延长其压缩机的使用寿命。就目前的数据机房绿色节能改造来看，以变频空调取代传统的定频空调，可使其压
缩机节约20%左右的能耗[4]。
为满足变频空调的实际应用需求，在确保其运行效果的同时达到理想化的节能降耗目标，技术人员可结合数据机房的实际情况，对以下几种技术或设备加以合理应用。
（1）模糊控制技术。其主要原理是按若干个子系
统对一个整体控制任务进行分解，使每一个子系统都能够按照不同的控制需求来做出不同决策，从而实现整体系统控制性能的良好改善。将此项技术应用到变频空调系统中，便可使空调能够对数据机房内外的实际温度变化做出及时准确的感知，并结合实际情况自动调节温度，使其始终保持在设定的范围之内，从
而使变频空调达到更好的节能降耗运行效果。图1为
基于数据机房变频空调系统的模糊控制主要原理示意图。
（2）超宽变频技术。该技术属于一种先进的计
算机控制技术，将该技术合理应用到机房变频空调系统中，可使其在短时间之内准确测量出机房中的环境温度变化情况，并根据实际情况控制变频空调的运行功率，从而使机房室内温度始终保持在设定范围之内。
（3）稀土永磁电机。该电机的转子是稀土永磁，它可以为变频空调压缩机的宽频幅运行及其运转效率的提升提供帮助，从而最大限度地提升其节能降耗效果。
2.4气流组织的绿色节能技术应用
在现代数据机房的绿色节能改造中，对气流组织进行合理优化，可以使其空调系统达到更好的节能效果。通常情况下，精密空调制冷系统的气体组织内容主要有空调布设、送风口设置、回风口设置以及送风和回风方式设置等。其中，送风口设置对于整个空调系统的节能效果影响较大。对于送风口而言，在具体设置中，水平送风是最佳的设置方案。此种设计方案可使数据机房中设备密度过大或设备发热不均所导致的局部温度过高问题得以有效解决。在此过程中，为进一步降低机房中的设备运行能耗，工作人员可将过热机组和空调内机结合到一起，并根据实际运行需求，将其中的部分柜组关闭，有效解决数据机房设备局部过热问题，在确保设备运行效果的同时实现设备运行能耗的显著降低。
2.5供电子系统的绿色节能技术应用
通常情况下，数据机房供电子系统中的主要绿色节能技术包括以下两种。
（1）对UPS配置进行合理优化。UPS的运行效率
和其自身负载之间具有直接关系，对于数据机房中具有较高频率和较高效率的设备而言，在实际运行中，
其UPS效率可达到90%以上。为确保此类设备的运行质量及其节能效果，一般要求其负载率超过50%。若其负载率不足40%，便会使UPS自身的效率显著降低，
从而出现能耗过大的情况[5]。但是就目前来看，很多数
据机房中的UPS负载率都比较低，通常不足30%。基
于此，为进一步提升其负载率，工作人员就需要结合实
际情况，合理增加IT设备数量，以此来提升UPS自身的最大负载，使其超过50%，实现UPS配置的合理优
化，提升整体数据机房的绿色节能效果。
（2）将UPS电池容量适当降低。为避免停电对数
据机房的不良影响，很多数据机房中都设置了时间很长的电池容量。但是由于大容量电池具有很长的充放电时间，且在此过程中产生的能耗也很大，所以这样的情况势必会增加机房供电子系统能耗。因此，在具体的绿色节能改造中，工作人员也可以将UPS电池容
量的合理降低用作一种主要的绿色节能技术手段。为
达到这一目标，可通过UPS电池与能耗更低的柴油发
电系统相结合的方式来保障停电时数据机房的电能供应。通常情况下，柴油发电系统可在停电之后的几
分钟时间之内完成启动，因此，对于其中的UPS电池，只需要设置30分钟时间的容量，便可以满足从UPS供
电到柴油发电机供电的切换，从而达到良好的绿色节能效果。
2.6照明系统的绿色节能技术应用
为进一步提升数据机房的绿色节能效果，在具体改造中，工作人员也需要使绿色节能技术在其照明系统中得以合理应用。就目前来看，数据机房照明系统里的绿色节能技术主要包括以下几个方面：一是严格按照我国的相关规定，结合机房照明系统的实际应用需求，对该系统进行合理设计，将绿色节能型的灯具和光源应用到机房中，最大限度避免灯具亮度过大或亮度不均等情况的产生。二是将声控、红外感应等装置合理应用到数据机房的照明控制系统，使不工作区域内的照明灯具及时关闭[6]。三是通过自动化、智能化调光技术来合理调节机房光照亮度。通过这些方式可以使数据机房中的光照系统设计得到合理优化，在满足机房实际照明需求的同时最大限度地降低照明灯具所产生的能耗，从而达到良好的绿色节能改造效果。
3 结束语
综上所述，绿色节能设计与改造是当今数据机房建设、应用及其发展中的必然选择。基于此，相关单位与工作人员需要深入研究其绿色节能技术，并结合实际情况，将其合理应用到数据机房的各个主要系统中，进一步提升机房中各个设备的运行效率，使其能耗得以有效降低。■
参考文献
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[3] 王慧慧．节能技术在绿色机房的应用与实践[J]．节能与环保，
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[4] 朱伟峰，黄璜，沈佳，等．数据机房风冷精密空调节能改造技术应用及
效果测评[J]．暖通空调，2022(1):237-239.
[5] 迟媛，张兵，朱国栋，等．数据机房节能技术及发展趋势浅析[J]．中国
设备工程，2021(16):195-196.
[6] 沈佳．数据中心机房节能改造效果评价方法和验证[J]．智能建筑与智慧
城市，2021(6):109-110.