數(shù)據(jù)中心能耗分析及節(jié)能策略研究與應用

摘要：數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗管理和智能化運維提供支撐。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心能耗；數(shù)據(jù)分析；關(guān)聯(lián)分析；節(jié)能研究；皮爾遜相關(guān)系數(shù)

0引言

近些年，國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心的運營管理和節(jié)能改造具有方向性和指導性意義。

1數(shù)據(jù)中心能耗分析

在中心的能耗構(gòu)成和主、次要能耗類型；另一方面是定量分析，從數(shù)據(jù)角度對能耗規(guī)律及相關(guān)關(guān)系進行挖掘。

1.1定性分析

（1）IT負荷能耗：主要是數(shù)據(jù)最大。

（2）制冷系統(tǒng)能耗：主要包括冷機、冷卻泵、冷凍泵、冷塔、蓄冷罐、末端空調(diào)等制冷設(shè)施在數(shù)據(jù)中心的各個機房內(nèi)，根據(jù)各機房內(nèi)的設(shè)備運行情況，為局部提供適當?shù)臏囟拳h(huán)境。

（3）消防系統(tǒng)能耗：主要包括：消防給水設(shè)備、滅火設(shè)備、緊急廣播、漏電報警、火災報警、應急照明指示燈等在運行保障期間所消耗的電力能源。大多數(shù)時間中，這些設(shè)備處于靜默或休眠狀態(tài)，電能消耗不大。

（4）輔助設(shè)備消耗的能耗：主要包括照明、電梯系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽設(shè)施、動環(huán)監(jiān)測設(shè)備等運行過程時所消耗的能源。通常這部分設(shè)備能耗占比并不大。

（5）損耗能耗：包括UPS損耗、線路及接口損耗等。這部分能耗并不提供有用功，屬性于系統(tǒng)性損耗。通常施工改造等外接設(shè)備消耗的能源也計入損耗能耗。

雖然上述分析針對所調(diào)研的數(shù)據(jù)中心能耗類型也與此類似，只是在能源消耗占比上有所區(qū)別。

1.2定量分析

在定性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際能耗數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)中心能耗情況進行分析，挖掘能耗規(guī)律特點及關(guān)聯(lián)關(guān)系，為節(jié)能策略的提出提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)數(shù)據(jù)范圍及數(shù)據(jù)量，定量分析又分為總體分析和局部分析。

1.2.1總體能耗分析

通過對數(shù)據(jù)中心2021年能耗進行統(tǒng)計分析可得各部分的能耗占比，如圖所示：

圖1總體能耗占比分析

從圖1可知，數(shù)據(jù)中心的總體能耗和IT設(shè)備能耗使用情況進行統(tǒng)計分析，如圖2所示：

圖2數(shù)據(jù)中心能源總體消耗情況

從圖2可以看出，總體能耗規(guī)律與IT設(shè)備的能耗規(guī)律基本一致，呈波動形；IT設(shè)備能耗較總能耗波動性較平緩，說明IT總負載全年變化不大；總能耗波動性較大，尤其在7、8、9月能耗較突出，11、12月的能耗較小，較符合中國北方夏季氣溫高制冷能耗突出而冬季氣溫低制冷能耗較低的特點。2節(jié)能策略及建議

綜合上述數(shù)據(jù)中心運行條件的基礎(chǔ)上，節(jié)約能源消耗。

（1）利用室外自然冷源

自然冷卻是很多大型數(shù)據(jù)中心或商業(yè)建筑采用的

冷卻方式之一，即當室外溫度低于某一溫度時（如10C°至13C°),將數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)由冷水機組制冷轉(zhuǎn)換

為自然冷源制冷。因此，可根據(jù)能耗及氣溫數(shù)據(jù)采用自動化的主-被動制冷控制，即根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，若在一定時間內(nèi)，當?shù)貧鉁剡_到低溫閥值，則自動給出自然冷卻建議及方案，并由運維人員判斷進行判斷，將冷水機組切換為自然冷卻制冷，以達到節(jié)約能耗的目標，但具體冷量需要根據(jù)冷卻模型進行估算

（2）優(yōu)化機房空調(diào)運行

基于能耗分析結(jié)果及溫濕度與能耗的相關(guān)關(guān)系，進一步分析機房內(nèi)的熱源分布，風道風速等，根據(jù)溫度規(guī)律優(yōu)化調(diào)配空調(diào)送風溫度及開啟數(shù)量，使機房空調(diào)工作在一個相對較低的能耗水平；此外，因能耗與濕度間呈強相關(guān)關(guān)系，可考慮采購一定數(shù)量的除濕機，不再依靠機房空調(diào)或新風機來降低模塊機房的濕度，做到精準除濕，降低空調(diào)系統(tǒng)耗電。

（3）關(guān)閉不必要的機房空調(diào)

進入冬季后，柴房樓、運維樓相關(guān)功能房間受室外環(huán)境溫度影響，房內(nèi)溫度較低，可以關(guān)閉蓄電池室、配線間、智能建筑機房、控制室等房間機房空調(diào)或立式組合空調(diào)，節(jié)省能耗，相關(guān)專業(yè)要做出比較敏感的反應。

（4）夏季關(guān)閉柴油發(fā)電機組水套加熱器

每年5月下旬至9月中旬可關(guān)閉柴油發(fā)電機組水套加熱器，減少為柴發(fā)冷卻液加熱造成的耗電。柴發(fā)帶載模式為一路斷電柴發(fā)啟動，空載運行。夏秋季氣溫高，且柴發(fā)為空載啟動，關(guān)閉水套加熱器仍可保證柴發(fā)正常啟動。

3安科瑞能耗統(tǒng)計分析（能源管理）解決方案

3.1能效管理解決方案介紹

建立高效的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。