数据中心能耗分析及节能策略研究与应用

数据中心能耗分析及节能策略研究与应用

摘要：数据中心节能降耗管理和智能化运维提供支撑。

关键词：数据中心能耗；数据分析；关联分析；节能研究；皮尔逊相关系数

0引言

近些年，国内大型数据中心的运营管理和节能改造具有方向性和指导性意义。

1数据中心能耗分析

在中心的能耗构成和主、次要能耗类型；另一方面是定量分析，从数据角度对能耗规律及相关关系进行挖掘。

1.1定性分析

（1）IT负荷能耗：主要是数据最大。

（2）制冷系统能耗：主要包括冷机、冷却泵、冷冻泵、冷塔、蓄冷罐、末端空调等制冷设施在数据中心的各个机房内，根据各机房内的设备运行情况，为局部提供适当的温度环境。

（3）消防系统能耗：主要包括：消防给水设备、灭火设备、紧急广播、漏电报警、火灾报警、应急照明指示灯等在运行保障期间所消耗的电力能源。大多数时间中，这些设备处于静默或休眠状态，电能消耗不大。

（4）辅助设备消耗的能耗：主要包括照明、电梯系统、视频监控系统、屏蔽设施、动环监测设备等运行过程时所消耗的能源。通常这部分设备能耗占比并不大。

（5）损耗能耗：包括UPS损耗、线路及接口损耗等。这部分能耗并不提供有用功，属性于系统性损耗。通常施工改造等外接设备消耗的能源也计入损耗能耗。

虽然上述分析针对所调研的数据中心能耗类型也与此类似，只是在能源消耗占比上有所区别。

1.2定量分析

在定性分析的基础上，结合实际能耗数据，对数据中心能耗情况进行分析，挖掘能耗规律特点及关联关系，为节能策略的提出提供数据支撑。根据数据范围及数据量，定量分析又分为总体分析和局部分析。

1.2.1总体能耗分析

通过对数据中心2021年能耗进行统计分析可得各部分的能耗占比，如图所示：

图1总体能耗占比分析

从图1可知，数据中心的总体能耗和IT设备能耗使用情况进行统计分析，如图2所示：

图2数据中心能源总体消耗情况

从图2可以看出，总体能耗规律与IT设备的能耗规律基本一致，呈波动形；IT设备能耗较总能耗波动性较平缓，说明IT总负载全年变化不大；总能耗波动性较大，尤其在7、8、9月能耗较突出，11、12月的能耗较小，较符合中国北方夏季气温高制冷能耗突出而冬季气温低制冷能耗较低的特点。2节能策略及建议

综合上述数据中心运行条件的基础上，节约能源消耗。

（1）利用室外自然冷源

自然冷却是很多大型数据中心或商业建筑采用的

冷却方式之一，即当室外温度低于某一温度时（如10C°至13C°),将数据中心制冷系统由冷水机组制冷转换

为自然冷源制冷。因此，可根据能耗及气温数据采用自动化的主-被动制冷控制，即根据历史数据、监测数据，若在一定时间内，当地气温达到低温阀值，则自动给出自然冷却建议及方案，并由运维人员判断进行判断，将冷水机组切换为自然冷却制冷，以达到节约能耗的目标，但具体冷量需要根据冷却模型进行估算

（2）优化机房空调运行

基于能耗分析结果及温湿度与能耗的相关关系，进一步分析机房内的热源分布，风道风速等，根据温度规律优化调配空调送风温度及开启数量，使机房空调工作在一个相对较低的能耗水平；此外，因能耗与湿度间呈强相关关系，可考虑采购一定数量的除湿机，不再依靠机房空调或新风机来降低模块机房的湿度，做到精准除湿，降低空调系统耗电。

（3）关闭不必要的机房空调

进入冬季后，柴房楼、运维楼相关功能房间受室外环境温度影响，房内温度较低，可以关闭蓄电池室、配线间、智能建筑机房、控制室等房间机房空调或立式组合空调，节省能耗，相关专业要做出比较敏感的反应。

（4）夏季关闭柴油发电机组水套加热器

每年5月下旬至9月中旬可关闭柴油发电机组水套加热器，减少为柴发冷却液加热造成的耗电。柴发带载模式为一路断电柴发启动，空载运行。夏秋季气温高，且柴发为空载启动，关闭水套加热器仍可保证柴发正常启动。

3安科瑞能耗统计分析（能源管理）解决方案

3.1能效管理解决方案介绍

建立高效的能耗监测管理系统，对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各区域建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建数据中心智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个功能区能耗对比，实现能耗排名，增强工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。