3.6 我国数据中心绿色化进展及趋势

在“互联网+”快速发展的时代背景下，互联网产业与传统产业融合创新已经成为重要的发展趋势。伴随着信息产业向智能化、泛在化发展，工业互联网、智慧城市、智慧政务、智慧交通、智慧农业、智慧旅游、电子商务等蓬勃发展，而这些产业发展都离不开数据中心，且对数据中心的需求增长越来越快。在产业需求旺盛和国家政策的鼓励与支持下，我国数据中心产业快速发展。

随着数据中心业务需求不断丰富和多样化，对数据中心的要求也不断提高，数据中心的建设和运营水平也不断提高，处理速度越来越快，规模越来越大，能效水平越来越高，管理越来越智能化，数据中心产业逐渐由原来的粗放式发展向集约式发展转变。从市场角度来看，我国数据中心产业发展速度快、规模大，但仍然面临着建设周期长、成本高、能耗高、安全可靠性差等问题。

数据中心的电力消耗主要由IT 设备、空调系统、供电系统及照明等辅助系统构成，其中空调和供电系统主要消耗“无用功”。据不完全统计，国内数据中心电力消耗中，服务器、存储器等IT设备消耗的“有用功”占50%左右，空调系统耗电平均占比37%左右，供电系统耗电占比约10%，降低数据中心中空调及供电系统的电力消耗成为绿色化发展的首要问题。

1.数据中心制冷技术

为了有效地降低制冷系统的能耗，近几年产业界在自然冷源、设备控制、气流组织等方面开展了大量的探索与实践，如空调系统变频控制、余热回收技术、空调末端精确送风、封闭冷热通道、提高冷冻水供回水温度、提高回风温度和独立湿膜加湿技术等；有条件的地区采用自然冷却也成为重要的节能方式，包括外墙风道智能换热技术、过滤风墙智能新风技术、冷却塔+板式换热器、带自然冷却功能的风冷冷水机组和带自然冷源的蒸发冷凝冷水机组等直接利用自然冷源和间接利用自然冷源技术。

从制冷技术发展趋势来看：

1）制冷方式逐渐由机械制冷向自然制冷方式转变，包括设备级、空气级、水冷级的自然冷却，如阿里巴巴千岛湖数据中心因地制宜采用深层低温湖水制冷，年均PUE值可达到1.3左右，比普通数据中心全年节电约数千万。

2）制冷设备逐渐由低能效比COP（千瓦·时）值向高COP值迈进，传统的风冷式空调采用风冷冷凝器，安装维护方便，但COP值低于3，水冷式、蒸发式冷水型空调的COP值为4～5，而室外自然冷源利用设备可以充分利用室外冷量冷却，COP值可达到10以上。

3）气流组织逐步精准化，通过冷热通道隔离、气流组织实现有序就近精确送风，减少了循环风阻，降低了风机功耗，气流组织方式逐渐由机房级向机柜池级、机柜排级、机柜级演变。

4）能源综合利用，数据中心空调采用水冷式冷凝器，回收大量的冷凝热，可用于供暖或供给生活热水，部分机房采用跨季节、夜间蓄冷等技术。

2.数据中心供电技术

常见的数据中心供电系统主要有不间断电源（UPS）、高压直流供电系统（HVDC）、48V、12V 等架构，不同架构各有利弊。传统的供电架构采用双路UPS作2N设计，应用比较广泛，产业链成熟，可靠性较高；HVDC一般采用1路市电直供、1 路HVDC冷备份的供电架构，当市电出现异常时，切换到HVDC供电，此方式供电效率较高、成本低，但是服务器电源可能需要定制；48V在通信行业普遍使用，采用48V直流供电可统一设备供电电压，降低成本，同时可规避低压直流的缺点，但是传输损耗大，目前Google、Facebook建设了48V数据中心；12V供电架构采用市电直供的方式，供电效率高，但是传输损耗大，且需要对服务器进行特殊定制，配置12V的电池，Microsoft的12V电池BBU集中式数据中心采用了此种方式。

从供电技术发展趋势来看，供电系统逐渐由交流/高压/集中式向直流/低压/分布式转变。传统UPS模式下，电池放在电池室内，微模块数据中心电池放于机柜旁边，整机柜服务器电池放于机柜内部，但服务器内置模式下电池将置于主板上。电池越靠近末端服务器，供电系统也越分散，从电网到CPU供电路径上的转换级数减少，转换效率更高，但同时供电系统的定制化程度越高，对IT电源及电池控制管理水平要求也越高。

3. IT设备节能技术

综合利用高频UPS、HVDC、封闭通道、提高机柜进风温度、变频设备、智能群控组网等技术可以实现数据中心PUE达到1.45左右，但是降低PUE，提高数据中心能效与真正的绿色数据中心仍有差距，当数据中心PUE接近1的时候，更重要的是IT设备节能。IT设备的能耗约占据整个数据中心能耗的一半，其中服务器能耗在IT设备能耗中的占比高达50%，因此提高服务器的能效水平显得尤为重要。目前，服务器节能主要包括在服务器低负载时降低CPU频率和电压、处理器较长时间处于空闲状态时使其进入休眠状态、采用低功耗处理器等器件节能技术，以及采用虚拟化、云计算等技术提高设备负载率，采用功耗封顶、动态监控管理等整机节能技术。利用智能感知、动态监管、人工智能等新技术实现能耗的实时动态优化成为IT设备节能技术的重要发展方向。

4.数据中心节水技术

水是数据中心消耗的另一个主要能源，当数据中心规模较大时，尤其是采用冷冻水自然冷却系统的数据中心，水资源消耗是不容忽视的。目前，一方面可通过降低数据中心PUE、提高数据中心机房温度等降低数据中心能耗，减轻数据中心制冷系统负担；另一方面可使用闭式冷却塔等节水装置，或者采用其他风冷、直接蒸发冷却等方式降低数据中心对水的需求量，如Facebook 数据中心一期使用直接蒸发风冷以及加湿系统，二期使用阻尼器控制系统，但建设成本相对较高。此外，Google公司创新性地使用了循环水冷却系统，降低了数据中心的运营成本，如位于道格拉斯郡的数据中心采用城市污水，简单净化后进入数据中心；位于比利时的数据中心从工业运河中抽水，利用装满细沙的大型水箱过滤水中的小颗粒，让水变清后进入冷却系统。