数据中心机房节能运行问题及优化研究

数据中心机房节能运行问题及优化研究

代长征

吉林吉大通信设计院股份有限公司  吉林省长春市  130012

摘要：数据中心机房是信息加工处理设备运行的基本载体，是确保数据系统安全稳定运行的重要保障。在当前企业绿色低碳循环发展背景下，必须要强化对数据中心机房节能运行的重视程度，采取合理的优化措施，有效提升节能运行水平。本文在明确数据中心机房组成及能耗评估指标基础上，分析实际运行中的问题，结合实际提出对应的优化策略，以此为相关技术应用提供参考，为提升机房节能化运行水平奠定良好基础。

关键词：数据中心机房；节能降耗；优化策略

在大数据技术高速发展，应用范围不断拓展情形下，数据处理要求不断提升，在企业运营管理中，必须要适应高质量发展理念导向要求，强化技术改造，提升节能技术应用水平，降低机房运行能耗，为机房运行稳定性、安全性提供有效保障，推动数据中心机房运营管理朝向绿色化方向发展。

1、数据中心机房组成及能耗评估指标

数据中心机房系统是依照功能需求划分的，通常情形下包括如下几个组成部分：（1）装修与环境工程，主要包括机房区、办公区、辅助区等；（2）供电系统工程，主要包括供配电、UPS设备、防雷接地、照明及备用电源等；（3）专用空调及通风系统；（4）消防报警及自动灭火系统；（5）弱电工程，主要包括视频监控、门禁管理、运行环境数据监测、综合布线等。在运行管理体系中，主要是依据评估能耗指标（PUE）对各个部分的能耗水平进行评估，计算方法为数据中心年总耗电量/信息设备年耗电量，利用率越接近1，就说明能耗水平越低，但在通常情形下，数据中心能耗水平多在1.6左右，在此基础上，数值越低，就说明能耗控制效果越好。

2、数据中心机房节能运行的主要问题

2.1 系统设计方面的问题

通过对本企业数据中心机房整体运行情况问题，在设计方面主要是精细化程度不足，尤其是选用设备时，富裕系数偏大，导致设备运行效率不足。具体问题主要集中于如下方面：一是水泵选型偏大，整体运行效率仅为50%左右，无法处于高效运行区段。二是水路系统设计精细化不足，水流量分配优化不足，部分精密空调水流量严重不足，温差达6℃~8℃以上。三是部分运行时间较久的数据中心，冷热通道设计不够合理，存在送风气流短路现象，无法有效调节机房空气温度，机房环境无法满足系统安全稳定运行要求。四是部分数据中心没有设计自然冷却系统，可再生能源利用效率低下。五是能耗分项计量系统建设滞后，具体分析不够细化，控制系统智能化改造滞后，无法实现能耗的分项控制。六是部分电气设备容量设计偏大，UPS及变压器等设备在运行中损耗过多。

2.2 运行维护方面的问题

有效的运维维护工作，是确保数据中心机房实现节能运行的重要保障，但是在当前运维管理体系下，部分工作开展不够深入，使得节能运行效果明显不足[1]。如部分运维工作中，对设备维护重视不足，在冷却水系统方面，没有构建明确的水质质量考核标准，冷却塔填料结垢处理滞后，使得冷水机组运行效率与标称值之间存在较大差异。还有部分机房运维管理工作中，对管路及附件的维护不到位，普遍存在没有关闭到位现象，出现水流旁通现象，导致水泵功耗浪费，空调制冷量不足等问题。在具体操作中，在切换台数时，没有及时切换对应阀门，也会导致运行能耗增加。部分温度与压力计量仪表无法正常工作，导致运行数据采集不够全面，导致生产管理细化不足。

2.3 管理理念方面的问题

管理理念是日常管理工作开展的基本导向，在数据中心机房相关工作人员访谈中发现，多数人员还是以粗放式运行管理理念为主，没有及时调整设备运行状态，导致设备无效运行。如在精密空调设备管理中，采用全部开启方式，导致能耗大大超出送风系统标准。在实际运行中没有根据水系统温度调节流量，没有随主机负荷随动调节，导致水系统运行能耗偏高[2]。在冷水机组启停管理方面，也是采用经验化管理方式，没有合理确定机组运行台数，机组运行不够高效，基本处于全年恒定运行状态。部分机房内部温度设定偏低，无法实现自然冷却的合理利用，也会导致运行能耗偏高。

3、数据中心机房节能运行优化策略

3.1 优化机房布局排列

在数据中心机房运行管理中，要确保节能运行目标得以实现，必须要分析机房内设备布局是否合理，通风和排风效果能否达到运行要求。通常情形下，机房内设备规格较为一致，常是采用通道式排列方式，因此需要重点关注风口位置是否合理。在布局时需要注意，出风口可以对应墙壁或出口风，但是不能对应其他如风口。在设计不合理情形下，不仅会导致机房内热量不断增加，产生较为显著的热岛现象，还会导致PUE升高，与节能运行要求偏离。

3.2 封闭冷通道

冷通道主要是起到送风降温作用，因此封闭全部冷通道，能够有效避免热岛效应出现，为设备提供良好运行环境。在运行管理中，如果出现一两个冷通道没有封闭的现象，则会导致冷风和热风混合现象，导致空调制冷效果不佳，无法达到预期的制冷要求，造成明显的能耗浪费现象。

3.3 采用精确送风技术

精确送风技术是在自动化和智能化基础上发展而来的新型节能技术，在机房及相关设备合适位置布设不同参数传感设备，实现对风量和设备运行参数的全面采集，利用智能化技术分析设备运行参数和使用需求，合理确定冷风参数。管理中台将相关控制指令发送至送风设备，通过阀门调节控制风量，以此不仅能够有效改善机房电能消耗过大问题，还能够确保设备保持高效运行状态，有效提升设备运行寿命，降低机房整体运行成本，更好的实现节能运行管理要求。

3.4 搭建新风系统

新风系统是当前数据中心机房建设运维应当关注的重点问题，其原理是将空气降温并过滤杂质后，送至入风口位置，通过排风口将热气及混杂空气排出。以此不仅能够有效降低机房内部温度，还能够清洁机房内部空气，为设备运行提供良好环境。新风系统能够更为精准的获取室内温度，根据设备运行要求、配置的空调数量及设备放热量等参数，实现对运行状态的精准分析，同时在入风口空气质量无法满足实际运行需求时，自动开启空调并设置合理的运行温度[3]。新风系统的有效运行，需要技术人员全面评估机房所处地区空气中的灰尘、二氧化硫、臭氧等有害物质的分布及比例，结合物理和化学过滤等情况，优化空气质量，以尽量消除系统运行对机房和机柜的污染腐蚀，确保设备保持良好运行状态。

3.5 优化蒸发冷却系统

蒸发冷却系统是利用自然资源调节控制机房温度，优化机房运行环境的重要措施，对实现节能运行要求，具有重要的促进作用。蒸发冷却系统有直接蒸发和间接蒸发冷气技术两种方式，前者能够与新风系统相结合，达到良好降温效果，但是在运行中需要合理控制机房湿度，避免对设备运行寿命产生影响。间接蒸发技术应用是利用非直接接触换热器，合理调整机房内温度和湿度，具有良好的应用效果，但是整体投资成本相对较高。

4、结束语

数据中心机房节能运行是管理工作开展应当关注的重点问题，在设计和设备选型工作开展中，就应当制定多种节能方案，根据环境要求和后续发展规划，选择最为合适的方案。在机房建设和管理中，应当严格依照规范要求做好施工组织和设备维护工作，为节能运行提供有效保障。

参考文献

[1]盛元红.数据中心机房制冷系统节能分析[J].华东科技,2022(07):82-84.

[2]王铭祥.数据中心机房节能运行现状与问题分析[J].现代工业经济和信息化,2022,12(01):262-263+266.

[3]张晟,李超,梁刚强,顾翀,龚延风.数据中心机房节能运行现状与问题分析[J].江苏建筑,2021(02):101-105.