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安科瑞數據中心機房節能運行現狀與問題分析
摘要：文章分析了位于北京和廣州的3個大型數據中心的能耗數據，對數據中心節能存在的問題分別進行了分析診斷。從設計及運行管理兩大方面總結了目前數據中心普遍存在的共性問題，為數據中心節能提供了方向。
0引言
近年來隨著國家對于信息化工作的重視,作為信息化基礎設施的數據中心快速發展。我國數據中心建設的數量多，建設質量也在世界上處于靠前，主要采用了世界上較好的IT設備，較好的制冷設備，較好的精密空調，較好的控制系統。但是衡量運行水平的重要指標PUE卻未達到現金水平，差距還不小。中國制冷學會于2017年對上海市20家擁有500個機架的數據中心進行了評測，大部分數據中心的PUE分布在1.6-2.3范圍內。中位值是1.80，平均值為1.97。距離《“十三五"國家信息化規劃》中提出的到2018年大型數據中心年PUE不高于1.5的要求差距較大。
不同的數據中心存在不同的問題，也有其共性的問題，這些問題在業內中已有資料反映。文章結合近期調查的數據中心為例，總結存在于節能運行中的共性問題。
1北京某IDC數據中心
1.1工程簡介
該數據中心建筑面積20000㎡，在6B#大樓地下室建有冷凍機房。配置4臺離心式冷水機組、4臺冷卻水泵、4臺冷凍水泵，室外地面建有16臺冷卻塔；機房空調為水冷及風冷兩種精密空調系統，空調面積約6000㎡。機房內未設置冷熱通道。
為分析數據中心的能效，文章對數據中心的能耗和冷水機組的COP進行了一年的監測記錄，并同時對運行管理措施及方法進行了訪談，對冷凍水系統的水溫變化進行了全程追蹤測試。
1.2能耗分布與PUE
根據約一年的實測數據，該數據中心的能耗分布和PUE見表1,年PUE為1.8。對處于寒冷地區的北京，PUE值偏高。
1.3數據分析
根據能耗分項數據，可以定量計算出空調系統各環節的相對關系，并進行其合理性評價，見表2。
1.4主要存在的問題
根據能耗數據、訪談情況以及水系統狀態參數的測試結果，該數據中心的問題主要為：
1）主機效率偏低。主機效率(COP值)小于4.0。2019年7月16日測試期間，冷機冷卻水進出口溫度3O.3℃/32.6℃,冷凍水出水溫度7℃，負載百分比為71%條件下，運行工況與《蒸汽壓縮循環冷水機組》(GB/T18430.1—2007)規定的額定條件十分接近。此條件下，主機COP應達到5.5。但主機效率僅為4.0，距離5.5還有不小差距。其原因與冷凍水的水質、機組維護等因素有關。冷卻塔填料結垢嚴重，未及時清洗，使得冷卻水溫度偏高。
2）水泵的能耗占比過高。設計狀態下，水泵的總能耗(含冷卻塔)應當只有主機的30%，實際使用中卻達到62%。冷水機組的防凍水溫差、冷卻水溫差均只2℃，說明水流量偏大，水泵應可以減少流量。同時測試得到的水泵效率只有50%。
3）分水器與集水器之間存在水量旁通。根據現場測試，末端機房內水冷空調的進出口溫度一般為7℃/14℃，溫差達到7℃以上。但冷凍站集水器內的溫度卻為8.8℃。說明分集水之間存在大量的混水，供應到用戶的水量不足。
4）機房內精密空調能耗過高。精密空調的能耗比冷水機組能耗還高。一般末端空調能耗應控制在空調系統總能耗≤25%以內，現已大大超出這一比例。按照冷凍機供冷量能力計算，2臺冷水機組全部開啟時，機房內的風冷空調可以關閉，但機房內所有風冷精密空調仍然全部開啟使用。風冷精密空調的使用補充了部分冷量，卻消耗了大量的電力。
導致風冷空調開啟的原因包括:機房內溫度分布不均，有的機房不同地點溫差相差10℃，存在局部熱點。局部熱點的存在，拉低了房間整體溫度，加大了供應能力需求。同時由于供應到水冷空調的水量不足，使得水量空調的供冷量不足，因而風冷空調不得不開啟。
5）機房內采用漫灌式氣流組織，沒有設置氣流冷熱通道。送回風溫差小，只有3℃，加大了送風輸送能耗。
6）缺少智能化管理手段。雖然有動力環境監測系統，但缺少節能管理的智能化控制系統，也沒有統一集中的能耗數據監測系統，使得管理人員對設備運行狀況無法細致了解。運維人員的主要精力放在保平安運行上。
7）未利用自然冷源。北京地區冬季自然冷源資源豐富，但未采取任何技術措施加以利用。