隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量的企業(yè)飛速發(fā)展，對于數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的需求也快速提升，相繼建設(shè)了很多數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心從10多年前100-200wm-2到如今發(fā)展到1000wm-2甚至更高，機房密度的提高使得數(shù)據(jù)中心的耗能成為一個越來越重要的課題，自從GREENGRID組織提出用PUE來衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能要求，越來越多的國內(nèi)建設(shè)方在設(shè)計數(shù)據(jù)中心時對于PUE值有了要求，PUE是PowerUsageEffectiveness的簡寫，是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個比率，越接近1表明能效水平越好，本文將從幾個方面介紹提高空調(diào)能效，降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)耗能的方法用以獲得較低PUE值可以采取的一些措施。 
    2.冷源
    數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷源一般有風(fēng)冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷或風(fēng)冷冷凍水空調(diào)系統(tǒng)、雙冷源空調(diào)系統(tǒng)等空調(diào)系統(tǒng)。從節(jié)能的角度來說，使用風(fēng)冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，PUE不可能小于1.8，通常在2.0以上，在規(guī)模較大，可以設(shè)置集中冷源的情況下，能效比高的水冷冷凍水系統(tǒng)是首選。當(dāng)電機功率功率超過500kw的情況下，可采用6kv或者10kv電壓供電，可提高運行效率，在選擇機組時選用COP值高的機組，同時也要考慮機組的部分負荷綜合性能系數(shù)（IPLV）。冷水機組采用變頻能取得較好的部分負荷綜合性能系數(shù)，使得機組的高效區(qū)域更大。在非額定工況時，變頻式離心冷水機組將導(dǎo)流葉片控制與變頻控制有機結(jié)合，共同控制壓縮機。冷水機組的蒸發(fā)溫度對于機組效率也有著影響，粗略估計蒸發(fā)溫度每提高0.6度，效率增加1%-3%，因此采用較高的蒸發(fā)溫度效率比一般供回水7℃/12℃效率高。
    如果可以提高末端送風(fēng)溫度，我們就可以使用更高的蒸發(fā)溫度，這樣可以使得效率進一步的提高。而對于空調(diào)系統(tǒng)的耗能來說，冷水機組的能耗所占比重最大，把冷水機組的用電量降下來對于提高整個空調(diào)系統(tǒng)的效率有著很大的幫助。
    而采用水系統(tǒng)帶來的安全問題，例如水系統(tǒng)的冗余設(shè)計：雙管路或環(huán)形管路，事故應(yīng)急泄水，供水保障：多水源供應(yīng)以及蓄水池，也是需要我們考慮，本文不作展開。
    如果以供水溫度為12度來看，在室外濕球溫度9℃左右時即可使用冷卻塔免費制冷，根據(jù)上表統(tǒng)計：在此溫度范圍內(nèi)，上海地區(qū)全年可完全使用免費制冷的時間達2901小時相對于水側(cè)的免費制冷，還有一種風(fēng)側(cè)的免費制冷，是指利用室外的空氣，可以在室外焓值低于室內(nèi)焓值的全部時間進行自然冷卻，但是在數(shù)據(jù)中心采用水側(cè)免費制冷時沒有必要再采用風(fēng)側(cè)免費制冷，理由有以下幾點：
    1.使用風(fēng)側(cè)免費制冷將會占用很大的室內(nèi)空間。
    2風(fēng)側(cè)免費制冷需要大量的室外空氣，如果室外空氣質(zhì)量不是很好將會導(dǎo)致設(shè)備的運行壽命減少。
    3用于加濕和減濕的能量將會很大，采用風(fēng)側(cè)免費制冷所獲得節(jié)能效應(yīng)和這些能量的消耗相比也相差不多，同時將使室內(nèi)的濕度控制更復(fù)雜。
    4.風(fēng)側(cè)免費制冷和水側(cè)免費制冷在使用時間上有重疊，所以在多出不多的使用時間的情況下，同時采用的意義不大。
    免費制冷時間的長短很大程度決定PUE值中空調(diào)耗能的大小，而從上圖中可以看出免費制冷受到室外環(huán)境的影響也很大，對于中國北方以及長江流域大部分地區(qū)來說，都能很好的采用免費制冷，在東北等嚴(yán)寒地區(qū)，采用免費制冷的時間更長，使得PUE中空調(diào)耗能的因子能做到0.2左右，以獲得更低的PUE值。這一點很值得我們建設(shè)方在數(shù)據(jù)中心選址中加以注意，在考慮經(jīng)濟、地理等因素時，也可以考慮氣候環(huán)境對于今后數(shù)據(jù)中心運營成本的影響。
    3.免費制冷與冷凍機制冷的切換
    當(dāng)室外免費制冷不能完全滿足數(shù)據(jù)中心的需要時，將開啟制冷機組制冷，但此時室外的溫度低于15度，無法滿足冷水機組所需要的冷凝溫度，而采用電加熱等方式既不節(jié)能，又沒有這么大的電量來滿足，此時只需要在系統(tǒng)中加入一路旁通，使經(jīng)過板式熱交換器后高于15度的回水不回到冷卻塔而是進入冷水機組就能解決這一問題，隨著室外氣溫的增加，冷水機組逐臺開啟，免費制冷熱交換器逐臺關(guān)閉，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)槔渌畽C組供冷。
    4.冷凍水側(cè)熱回收
    考慮數(shù)據(jù)中心全年制冷的特點，對數(shù)據(jù)中心進行熱回收是非常有必要的，在蒸發(fā)側(cè)或者冷凝側(cè)均能采用熱回收技術(shù)，如在倫敦TelehouseWest數(shù)據(jù)中心利用服務(wù)器產(chǎn)生的熱量為附近的住宅提供暖氣服務(wù)。該數(shù)據(jù)中心及其配套設(shè)施建設(shè)項目投資達1.8億美元，預(yù)計該項目能為數(shù)據(jù)中心周邊13萬平方英尺范圍提供相當(dāng)于900萬瓦的能量，并相對減少1100噸二氧化碳排放。蒸發(fā)側(cè)的熱回收可以通過一個簡單的水環(huán)的環(huán)路來實現(xiàn)，例如當(dāng)冷凍水系統(tǒng)供回水溫度為12-17度時，冬季及過渡季節(jié)將冷凍水回水經(jīng)過一個熱交換器和生活熱水給水交換，預(yù)加熱生活區(qū)生活熱水的給水，簡單的接管且對于系統(tǒng)沒有任何影響。冷凍機組等設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備。冷凝側(cè)的熱回收可以通過選用熱回收機組來實現(xiàn)，但是需要對于熱回收機組的效率以及系統(tǒng)的安全性有個評估，在能保證效率及安全的情況下，對于系統(tǒng)的節(jié)能也有著很大的益處，可以作為熱回收的首選措施。
    5.空調(diào)末端
    5.1一般IT機房
    一般來說數(shù)據(jù)中心空調(diào)末端（CRAC）的能耗主要由風(fēng)機及電加熱等組成，除濕則通常由冷卻盤管來完成，如果除濕需要較低的溫度時，則空氣就會過冷需要再熱，而再熱就浪費了能量，因此對于空調(diào)末端節(jié)能，首先除濕系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)避免在低負荷工況下再熱。除了合理的設(shè)計送風(fēng)溫度以外我們還可以采用獨立溫濕度控制的系統(tǒng)來解決再熱，從原理上講如果房間能保持正壓，新風(fēng)系統(tǒng)能夠除濕后送入室內(nèi)，而數(shù)據(jù)中心一般內(nèi)部沒有濕源存在，那么房間內(nèi)的絕對濕度是能夠保證的。（根據(jù)ASHARE2008的最新報告，影響數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備的空氣水含量指標(biāo)，是絕對濕度，而不是以前強調(diào)的相對濕度，只要露點溫度控制在5.5°C以上，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備都可以保證安全，避免靜電的危害。）因此我們IT機房內(nèi)設(shè)置專用的定制精密空調(diào)（不設(shè)置電加熱和加濕器），新風(fēng)系統(tǒng)采用如下功能段的機組來解決新風(fēng)的除濕，只要新風(fēng)做好送風(fēng)露點溫度控制，那么所有精密空調(diào)無需電加熱以及加濕器，大大減少了運行費用和裝機費用。
    此外我們可以將送風(fēng)溫度提高，一般來說如果送風(fēng)溫度提高到20度時，冷凍機組的供水溫度可以做到12度以上，一直以來，提高數(shù)據(jù)中心進氣溫度都是全球數(shù)據(jù)中心的設(shè)計趨勢，因為更高的數(shù)據(jù)中心進氣溫度意味著更多的節(jié)能潛力，而且氣候條件可以支持的免費制冷小時數(shù)也將增加。更好的節(jié)能效果則會直接降低能耗。
    5.2高密度IT機房
    隨著數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理速度提高，容量不斷提高，數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)熱量（冷負荷）不斷增大；而前者所述的冷卻系統(tǒng)有一定的局限性，即當(dāng)機架散熱量達到4kw以上時，僅用上述冷卻方式已難以解決散熱問題。在此我們介紹一種解決方案，具體就是首先完全封閉熱通道，然后在正對熱通道的兩側(cè)機房設(shè)置風(fēng)墻式AHU，這樣的設(shè)備風(fēng)機耗能小，單體制冷量大且冷凍水或冷媒水完全無需進入高密度機房內(nèi)。常規(guī)工程常采用CDU（液體冷卻分配器）方式來解決高密度機房供冷問題，CDU有著成熟的產(chǎn)品以及成功的應(yīng)用。
    本文介紹的風(fēng)墻式AHU的好處有以下幾點，旨在挖掘是否還有節(jié)能的潛力。
    1.如果采用冷凍水管進入室內(nèi)CDU的末端，冷凍水管的破裂損壞將給機房帶來毀滅性的影響。
    2.如果采用熱交換器的方式，讓冷凍水與冷媒管交換后只有冷媒管進入高密度機房，此時的冷媒管溫度也非常的低，雖然避免了第一點冷凍水管破裂所帶來的巨大危險，但是低溫冷媒管所帶來的冷凝水問題也是要重點考慮的。
    3.熱交換的方式會有能量損失。
    4.封閉熱通道大大減少冷熱空氣混合的能量損失。
    綜上所述，減少熱交換的能量損失，并可以提高安全性，對于高密度機房空調(diào)來說，也是一種節(jié)能的新措施手段。
    6.結(jié)語
    綠色節(jié)能是數(shù)據(jù)中心的一個發(fā)展趨勢，PUE因為與免費制冷時間等因素有較大的關(guān)系，其本身也是一個區(qū)域性的指標(biāo)要求，但是利用這個指標(biāo)來衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能狀況還是非常清晰明確的。例如上海地區(qū)大多建設(shè)方在標(biāo)書中就會要求把PUE值控制在1.6以內(nèi)，用以控制建筑設(shè)計中對于節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。
    最后總結(jié)下，在空調(diào)系統(tǒng)中要實現(xiàn)節(jié)能減排并獲得較低的PUE值，可以采取的措施有以下這些。
    （1）采用水冷的機組，并盡量提高蒸發(fā)溫度及采用變頻機組。
    （2）選用高效率的設(shè)備，以及采用高效率的輸配系統(tǒng)
    （3）盡量延長冷卻塔免費制冷的時間以及采用熱回收等節(jié)能措施。
    （4）合理的機房冷熱通道布置以及高效的空調(diào)末端系統(tǒng)。
    （5）避免空調(diào)末端因為除濕而產(chǎn)生的冷熱抵消，采用獨立溫濕度空調(diào)也是一種可以采用的手段。