低負(fù)載率下數(shù)據(jù)機(jī)房綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

褚宏奎

摘要：文章主要研究的是綠色節(jié)能技術(shù)在低負(fù)載率下數(shù)據(jù)機(jī)房中的應(yīng)用策略，包括數(shù)據(jù)機(jī)房能耗情況以及低負(fù)載率下綠色節(jié)能技術(shù)在其中的應(yīng)用策略分析。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、變頻空調(diào)、氣流組織、供電子系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)中合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)，可以獲得良好的節(jié)能效果。希望本文可以為綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能降耗效果的提升提供科學(xué)的參考。

關(guān)鍵詞：綠色節(jié)能技術(shù)；低負(fù)載率；數(shù)據(jù)機(jī)房；能耗

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.039

中圖分類號：TP 308? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-0-03

1? ?數(shù)據(jù)機(jī)房能耗情況

1.1 數(shù)據(jù)機(jī)房能耗現(xiàn)狀

在對數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行過程中的能耗進(jìn)行計算時，需要將數(shù)據(jù)中心總能源消耗和IT負(fù)載能源消耗的比值（PUE）作為其電能應(yīng)用效率的衡量指標(biāo)。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，如果PUE的值與1接近，數(shù)據(jù)中心機(jī)房便具有較高的節(jié)能效果。但是就目前的很多數(shù)據(jù)機(jī)房來看，其PUE值通常為1.6～1.9[1]。尤其是近年來，由于我國信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其數(shù)據(jù)機(jī)房的能耗問題也日益嚴(yán)重。在這樣的情況下，綠色節(jié)能也就成為了數(shù)據(jù)機(jī)房的一個主要建設(shè)目標(biāo)和發(fā)展方向。

1.2 數(shù)據(jù)機(jī)房能耗原因

就目前來看，我國數(shù)據(jù)機(jī)房能耗過高的主要原因包括以下幾個方面：一是機(jī)房中的設(shè)備雖然容量較低，但卻具有較高能耗，這是目前數(shù)據(jù)機(jī)房中比較常見的問題。二是空調(diào)制冷系統(tǒng)達(dá)不到理想的利用率，且空調(diào)設(shè)備應(yīng)用的是分期策略，這樣便會出現(xiàn)空調(diào)空置現(xiàn)象。加之大型冰冷空調(diào)系統(tǒng)在當(dāng)前的數(shù)據(jù)機(jī)房中并未實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，而其空調(diào)的能耗比較高。三是如果數(shù)據(jù)機(jī)房中的供電系統(tǒng)布置不夠合理，供電設(shè)備負(fù)載率較低，或存在冗余供電線路等情況下，就會加大數(shù)據(jù)機(jī)房的電能消耗。這些都是導(dǎo)致數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行中產(chǎn)生過多能耗的主要原因。

2? ?低負(fù)載率下綠色節(jié)能技術(shù)在數(shù)據(jù)機(jī)房中的主要應(yīng)用策略

2.1 空調(diào)系統(tǒng)的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

通常情況下，數(shù)據(jù)機(jī)房中空調(diào)系統(tǒng)中的綠色節(jié)能技術(shù)包括以下幾個方面。

（1）系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)。合理計算空調(diào)的制冷量需求，再以此為依據(jù)來匹配空調(diào)主機(jī)，盡量不要僅選擇一臺制冷量大的空調(diào)，而是應(yīng)設(shè)置若干臺制冷量適宜的緊密型空調(diào)，并根據(jù)機(jī)房實際的制冷需求，采用自動化控制系統(tǒng)來合理控制其運(yùn)行模式與運(yùn)行參數(shù)。這樣才可以使機(jī)房中的空調(diào)處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，在滿足機(jī)房實際制冷需求的同時避免大機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行所產(chǎn)生的能耗。

（2）熱交換綠色節(jié)能技術(shù)。由于長時間連續(xù)運(yùn)行的熱交換器表面會附著較多的污垢和灰塵等雜質(zhì)，增大其阻力，導(dǎo)致熱交換效率降低，產(chǎn)生較大能耗，因此，運(yùn)維人員應(yīng)定期做好熱交換器的清潔與維護(hù)工作，尤其是對于冷凝器，更應(yīng)該按要求做好清理維護(hù)。

（3）動力設(shè)備綠色節(jié)能技術(shù)。數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的動力設(shè)備主要包括風(fēng)機(jī)電機(jī)和壓縮機(jī)電機(jī)等，在具體應(yīng)用中，為降低其運(yùn)行能耗，可盡量將變頻控制技術(shù)應(yīng)用其中，讓空調(diào)主機(jī)可以根據(jù)實際制冷需求來運(yùn)行[2]。如果空調(diào)系統(tǒng)比較大，還可以采用多個動力機(jī)搭配的方式來統(tǒng)籌運(yùn)行，以此來降低動力設(shè)備能耗。

（4）介質(zhì)輸送綠色節(jié)能技術(shù)。空調(diào)系統(tǒng)中最為主要的介質(zhì)輸送是冷媒管對于冷熱介質(zhì)的輸送。降低此方面的能耗最為有效的技術(shù)措施是做好管路系統(tǒng)的保溫工作。在空調(diào)系統(tǒng)長時間連續(xù)運(yùn)行之后，運(yùn)維人員應(yīng)全面檢查其管路系統(tǒng)中的保溫層，并根據(jù)實際情況做好保溫層的修復(fù)補(bǔ)損處理，盡最大限度降低管路系統(tǒng)中的熱量損耗。同時也需要對過濾部位做好清潔處理，以此來降低其阻力，在降低介質(zhì)輸送能耗的同時提升機(jī)房空氣質(zhì)量。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

在對數(shù)據(jù)機(jī)房實施綠色節(jié)能改造時，除了需要將合理的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)系統(tǒng)自身的節(jié)能改造中，還需要對新風(fēng)系統(tǒng)實施合理的綠色節(jié)能改造。綜合以往的實踐應(yīng)用和綠色節(jié)能改造經(jīng)驗，新風(fēng)處理設(shè)備的合理選擇以及設(shè)備運(yùn)行的合理控制是最關(guān)鍵的新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)措施。基于此，工作人員一定要結(jié)合數(shù)據(jù)機(jī)房的實際情況及其對新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用需求等，為其選擇合理的新風(fēng)處理設(shè)備，以免出現(xiàn)設(shè)備選擇不當(dāng)所導(dǎo)致的能耗過大問題。同時應(yīng)采用變頻控制技術(shù)或自動化控制技術(shù)等來合理控制新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式及其運(yùn)行參數(shù)，在滿足機(jī)房實際新風(fēng)需求的同時降低系統(tǒng)能耗。另外，工作人員也需要對新風(fēng)的引入加以合理控制。通常情況下，新風(fēng)引入需要重點(diǎn)考慮以下幾方面：一是與數(shù)據(jù)機(jī)房所在地環(huán)保部門積極合作，共同確保當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，使其滿足新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。二是結(jié)合實際情況，合理控制新風(fēng)引入口到數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)的距離，避免距離過大使新風(fēng)進(jìn)入機(jī)房室內(nèi)后受到二次污染。三是選擇吸附能力足夠好、殺菌性能足夠強(qiáng)的過濾網(wǎng)，以此來確保新風(fēng)質(zhì)量，降低污染，并及時做好過濾網(wǎng)的清洗或更換處理，使風(fēng)口保持清潔[3]。通過此方式可以有效確保數(shù)據(jù)機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，在充分滿足機(jī)房實際新風(fēng)引入需求的同時降低系統(tǒng)能耗，從而達(dá)到良好的綠色節(jié)能改造目標(biāo)。

2.3 變頻空調(diào)的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)今，隨著變頻控制技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，變頻空調(diào)已經(jīng)在越來越多的數(shù)據(jù)機(jī)房中投入應(yīng)用。相對傳統(tǒng)的定頻空調(diào)而言，變頻空調(diào)具備更加明顯的能源節(jié)約優(yōu)勢。變頻空調(diào)的內(nèi)部設(shè)置了變頻控制器，它可以根據(jù)實際需求來合理調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以及是否連續(xù)制冷，其運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音很小，溫度曲線十分平緩，具備良好的節(jié)能效果。變頻空調(diào)的應(yīng)用，可使數(shù)據(jù)機(jī)房中的空調(diào)系統(tǒng)具備更快的制冷速度。之所以會達(dá)到這一效果，是因為通過變頻技術(shù)的合理應(yīng)用，可以在每次啟動空調(diào)時都使其功率達(dá)到最大，從而使空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最大風(fēng)量，短時間之內(nèi)便可將數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)溫度降低到預(yù)定的溫度值。在室內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)定值之后，變頻空調(diào)中的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速會自動降低，使變頻空調(diào)維持在一個低耗能狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)機(jī)房中的溫度上升到設(shè)定上限時，變頻空調(diào)的運(yùn)行功率將繼續(xù)提升到最大功率。如此循環(huán)控制，便可使數(shù)據(jù)機(jī)房中的溫度始終維持在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以此來滿足其中所有設(shè)備的運(yùn)行需求，為數(shù)據(jù)機(jī)房創(chuàng)造一個良好的運(yùn)行環(huán)境，同時也可以最大限度降低空調(diào)系統(tǒng)耗電量，并進(jìn)一步延長其壓縮機(jī)的使用壽命。就目前的數(shù)據(jù)機(jī)房綠色節(jié)能改造來看，以變頻空調(diào)取代傳統(tǒng)的定頻空調(diào)，可使其壓縮機(jī)節(jié)約20%左右的能耗[4]。

為滿足變頻空調(diào)的實際應(yīng)用需求，在確保其運(yùn)行效果的同時達(dá)到理想化的節(jié)能降耗目標(biāo)，技術(shù)人員可結(jié)合數(shù)據(jù)機(jī)房的實際情況，對以下幾種技術(shù)或設(shè)備加以合理應(yīng)用。

（1）模糊控制技術(shù)。其主要原理是按若干個子系統(tǒng)對一個整體控制任務(wù)進(jìn)行分解，使每一個子系統(tǒng)都能夠按照不同的控制需求來做出不同決策，從而實現(xiàn)整體系統(tǒng)控制性能的良好改善。將此項技術(shù)應(yīng)用到變頻空調(diào)系統(tǒng)中，便可使空調(diào)能夠?qū)?shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)外的實際溫度變化做出及時準(zhǔn)確的感知，并結(jié)合實際情況自動調(diào)節(jié)溫度，使其始終保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)，從而使變頻空調(diào)達(dá)到更好的節(jié)能降耗運(yùn)行效果。圖1為基于數(shù)據(jù)機(jī)房變頻空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制主要原理示意圖。

圖1 數(shù)據(jù)機(jī)房變頻空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制主要原理示意圖

（2）超寬變頻技術(shù)。該技術(shù)屬于一種先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)，將該技術(shù)合理應(yīng)用到機(jī)房變頻空調(diào)系統(tǒng)中，可使其在短時間之內(nèi)準(zhǔn)確測量出機(jī)房中的環(huán)境溫度變化情況，并根據(jù)實際情況控制變頻空調(diào)的運(yùn)行功率，從而使機(jī)房室內(nèi)溫度始終保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。

（3）稀土永磁電機(jī)。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子是稀土永磁，它可以為變頻空調(diào)壓縮機(jī)的寬頻幅運(yùn)行及其運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提升提供幫助，從而最大限度地提升其節(jié)能降耗效果。

2.4 氣流組織的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

在現(xiàn)代數(shù)據(jù)機(jī)房的綠色節(jié)能改造中，對氣流組織進(jìn)行合理優(yōu)化，可以使其空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到更好的節(jié)能效果。通常情況下，精密空調(diào)制冷系統(tǒng)的氣體組織內(nèi)容主要有空調(diào)布設(shè)、送風(fēng)口設(shè)置、回風(fēng)口設(shè)置以及送風(fēng)和回風(fēng)方式設(shè)置等。其中，送風(fēng)口設(shè)置對于整個空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果影響較大。對于送風(fēng)口而言，在具體設(shè)置中，水平送風(fēng)是最佳的設(shè)置方案。此種設(shè)計方案可使數(shù)據(jù)機(jī)房中設(shè)備密度過大或設(shè)備發(fā)熱不均所導(dǎo)致的局部溫度過高問題得以有效解決。在此過程中，為進(jìn)一步降低機(jī)房中的設(shè)備運(yùn)行能耗，工作人員可將過熱機(jī)組和空調(diào)內(nèi)機(jī)結(jié)合到一起，并根據(jù)實際運(yùn)行需求，將其中的部分柜組關(guān)閉，有效解決數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備局部過熱問題，在確保設(shè)備運(yùn)行效果的同時實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行能耗的顯著降低。

2.5 供電子系統(tǒng)的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

通常情況下，數(shù)據(jù)機(jī)房供電子系統(tǒng)中的主要綠色節(jié)能技術(shù)包括以下兩種。

（1）對UPS配置進(jìn)行合理優(yōu)化。UPS的運(yùn)行效率和其自身負(fù)載之間具有直接關(guān)系，對于數(shù)據(jù)機(jī)房中具有較高頻率和較高效率的設(shè)備而言，在實際運(yùn)行中，其UPS效率可達(dá)到90%以上。為確保此類設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量及其節(jié)能效果，一般要求其負(fù)載率超過50%。若其負(fù)載率不足40%，便會使UPS自身的效率顯著降低，從而出現(xiàn)能耗過大的情況[5]。但是就目前來看，很多數(shù)據(jù)機(jī)房中的UPS負(fù)載率都比較低，通常不足30%。基于此，為進(jìn)一步提升其負(fù)載率，工作人員就需要結(jié)合實際情況，合理增加IT設(shè)備數(shù)量，以此來提升UPS自身的最大負(fù)載，使其超過50%，實現(xiàn)UPS配置的合理優(yōu)化，提升整體數(shù)據(jù)機(jī)房的綠色節(jié)能效果。

（2）將UPS電池容量適當(dāng)降低。為避免停電對數(shù)據(jù)機(jī)房的不良影響，很多數(shù)據(jù)機(jī)房中都設(shè)置了時間很長的電池容量。但是由于大容量電池具有很長的充放電時間，且在此過程中產(chǎn)生的能耗也很大，所以這樣的情況勢必會增加機(jī)房供電子系統(tǒng)能耗。因此，在具體的綠色節(jié)能改造中，工作人員也可以將UPS電池容量的合理降低用作一種主要的綠色節(jié)能技術(shù)手段。為達(dá)到這一目標(biāo)，可通過UPS電池與能耗更低的柴油發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的方式來保障停電時數(shù)據(jù)機(jī)房的電能供應(yīng)。通常情況下，柴油發(fā)電系統(tǒng)可在停電之后的幾分鐘時間之內(nèi)完成啟動，因此，對于其中的UPS電池，只需要設(shè)置30分鐘時間的容量，便可以滿足從UPS供電到柴油發(fā)電機(jī)供電的切換，從而達(dá)到良好的綠色節(jié)能效果。

2.6 照明系統(tǒng)的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

為進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)機(jī)房的綠色節(jié)能效果，在具體改造中，工作人員也需要使綠色節(jié)能技術(shù)在其照明系統(tǒng)中得以合理應(yīng)用。就目前來看，數(shù)據(jù)機(jī)房照明系統(tǒng)里的綠色節(jié)能技術(shù)主要包括以下幾個方面：一是嚴(yán)格按照我國的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合機(jī)房照明系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，對該系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計，將綠色節(jié)能型的燈具和光源應(yīng)用到機(jī)房中，最大限度避免燈具亮度過大或亮度不均等情況的產(chǎn)生。二是將聲控、紅外感應(yīng)等裝置合理應(yīng)用到數(shù)據(jù)機(jī)房的照明控制系統(tǒng)，使不工作區(qū)域內(nèi)的照明燈具及時關(guān)閉[6]。三是通過自動化、智能化調(diào)光技術(shù)來合理調(diào)節(jié)機(jī)房光照亮度。通過這些方式可以使數(shù)據(jù)機(jī)房中的光照系統(tǒng)設(shè)計得到合理優(yōu)化，在滿足機(jī)房實際照明需求的同時最大限度地降低照明燈具所產(chǎn)生的能耗，從而達(dá)到良好的綠色節(jié)能改造效果。

3? ?結(jié)束語

綜上所述，綠色節(jié)能設(shè)計與改造是當(dāng)今數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)、應(yīng)用及其發(fā)展中的必然選擇。基于此，相關(guān)單位與工作人員需要深入研究其綠色節(jié)能技術(shù)，并結(jié)合實際情況，將其合理應(yīng)用到數(shù)據(jù)機(jī)房的各個主要系統(tǒng)中，進(jìn)一步提升機(jī)房中各個設(shè)備的運(yùn)行效率，使其能耗得以有效降低。

參考文獻(xiàn)

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