1.前言
　　
　　 随着IT技术的迅速发展以及企业数据业务需求不断增长的推动，数据中心进入了迅速发展时期。由于IT设备的低利用率和机房基础设施的低效率，致使数据中心的运营成本过快的增长、过高的耗电量和电费支出，使数据中心难堪重负。因此，建设新一代“高效、节能”的数据中心，是当前每个企业所追寻的目标，也是国家要求开展节能减排工作的重要内容。
　　
　　2.数据中心能耗现状
　　
　　 现代数据中心能耗主要有三大部分：IT设备的能量消耗、制冷系统的能量消耗、供电系统的能量消耗，其能耗占比情况如图1所示。
　　

图1 数据中心能耗构成

　　 行业内广泛应用“能效比”评估数据中心是否节能，能效比包括PUE（Power Usage Effectiveness）和DCIE(Data Center Infrastructure Effectiveness)两个参数指标。

　　 PUE=[TotalFacilityPower(数据中心总能耗)]/[ITEquipmentPower(IT设备总能耗)]  （1）

　　 DCIE=1/PUE=[ITEquipmentPower(IT设备总能耗)]/[TotalFacilityPower(数据中心总能耗)]*100%  （2）

 　　而数据中心总能耗=IT设备的能耗+制冷系统的能耗+供电系统的能耗，故PUE指标可分解为：　　

 　　PUE=CLF[CoolingLoadFactor(制冷能效因子)]+PLF[PowerLoadFactor(供电能效因子)]+1  （3）

　　 研究表明，目前我国各类数据中心的PUE值大多在（2.0-2.5）范围内，平均水平约为2.2。在数据中心的规划与设计时，往往IT设备的节能技术是无法掌控的，因此，重点放在降低制冷系统能耗和供电系统能耗。采用高效节能产品，降低能效比PUE值，达到最佳的节能效果。一个设计合理与运营良好的数据中心，能效比应小于1.6（风冷系统制冷方式），才能体现节能与减排目标。
　　
　　3.制冷系统设计及能耗计算

　　3.1 数据中心精密空调配置
　　
　　 某一数据中心要求：使用面积为200m2，平均每个机柜功耗3kW。根据GB50174-2008中第4部分“机房位置及设备布置”的要求，按其“4.2信息机房的组成”中提出的机柜配置公式：(2)当电子信息设备尚未确定规格时，按式（4）计算：

　　 A=FN （4）

　　 式中：A-主机房使用面积(m2)；F-单个机柜占地面积，3.5∽5.5(m2/台)；N-主机房内机柜台数。

　　 取F=4(m2/台)，由式（4）计算得：N=A/F=200(m2)÷4(m2/台)=50(台)。

　　 机房专用精密空调的设置满足GB50174-2008A级机房配置要求，采用N+1冗余运行方式配置，精密空调容量核算及配置（采用功率面积法）由式（5）计算。

　　 Q=Q1+Q2（5）

　　 式中：Q-总制冷量；

　　 Q1-设备热负荷（等于设备功耗）；

　　 Q2-环境热负荷（Q2=K×S，K-系数，0.1∽0.2kW/m2；S-主机房面积m2）。

　　 环境热负荷系数K取0.15kW/m2,则

　　 Q1=50台×3kW/台=150(kW)；

　　 Q2=0.15kW/m2×200m2=30(kW)；

　　 Q=180(kW)。

　　 配置台达HED36A0-60风冷式下送风精密空调4台，单台制冷量为61.3kW，采用3+1冗余方式运行。
　　
　　3.2 制冷系统能耗计算
　　
　　 台达HED36A0-60精密空调主要耗电部件的耗电量统计见表1。

表1 HED36A0-60精密空调主要耗电部件的耗电量

　　采用HED系列风冷式下送风60kW精密空调制冷系统,总功耗由表1计算可得：

　　P空调=74.7kW。

　　制冷能效因子CLF=P空调/Q1=74.7/150=0.498。

　4.供电系统设计及能耗计算
　　
　　4.1 数据中心供电系统配置
　　
　　数据中心供电系统中的关键设备不间断电源(UPS)，按照GB50174-2008A级标准设计2N供电系统，UPS容量计算如下：
　　
　　UPS容量=（机柜数量×单个机柜功耗）/功率因数 =（50台×3kW/台）/0.8=187.5(kVA)
　　
　　配置台达GES-DPS200KVAUPS两台，组成完全独立的双总线供电方案，向IT关键设备提供高可靠性、高可用性电源供应。供电系统示意图如图2所示。

图2 供电系统示意图

　　从以上供电系统设计方案可以看出，供电系统除UPS系统外，还包括ATS切换屏、交流电配电屏、UPS电源输出列头柜及供电连接电缆。
　　
　　4.2 供电系统能耗计算
　　
　　UPS系统正常工作时，双母线上的每台UPS平均分配负载（IT设备功耗150kW），即每台UPS负载为75kW。GES-DPS200KVAUPS主机的输出功率因数为0.9，输出有功功率P=200kVA×0.9=180(kW)，单台UPS的负载百分比为：75kW/180kW=42%。
　　
　　图3为台达DPS系列UPS工作效率与负载关系的曲线，负载30%时，效率可达95%，负载50%负载时，可达最高效率96%，有助于数据中心大大降低营运成本。

图3 台达DPS系列UPS工作效率与负载关系曲线

　　供电能效因子PLF=ATS切换屏损耗+交流配电屏损耗+UPS系统损耗+UPS输出列头柜损耗+供电连接电缆损耗。
　　
　　其中，ATS切换屏损耗、交流配电屏损耗、UPS输出列头柜损耗、供电连接电缆损耗都非常小，基本上是铜损和接触电阻损耗，一般在0.02左右；DPS200KVA UPS在带载42%时的损耗H=1-η(效率)=1-95.6%=4.4%。
　　
　　因此，配置台达高效DPS系列UPS构成的供电系统总损耗为：
　　
　　供电能效因子PLF=0.02+0.044=0.064
　　
　　5.数据中心能效分析
　　
　　配置台达InfraSuite解决方案的供电系统和制冷系统的数据中心，PUE指标值由式（3）计算可得：PUE=0.498+0.064=1.562。
　　
　　PUE值越小，数据中心能效就越高，通过采用台达高效率DPS系列UPS供电系统和采用EC风机及直流轴流风冷凝器的制冷系统，使得数据中心的PUE值降低到1.562，大大地降低了数据中心的能耗支出和运营成本，达到高效数据中心的设计标准，真正地让数据中心“绿”起来。
　　
　　6.结束语
　　
　　在“绿色、低碳”高声呼吁的当今时代，数据中心的能耗问题面临着严峻挑战，本文从供电和空调两个系统在保证安全可靠的前提下，结合产品的高效、节能设计技术及应用，以期达到更高效的利用能源，建设节能环保的绿色数据中心。