数据中心节能技术应用指南

本书由上海市建筑建材业市场管理总站与上海市建筑科学研究院组织数据中心行业内资深专家及工程技术人员编写，系统性地总结了目前数据中心领域较为成熟的技术。全书共10章，包括数据中心的现状与发展趋势、数据中心建筑与围护结构节能技术、供配电系统节能技术、空调系统节能技术、自然冷却技术、高热密度设备冷却技术、IT设备节能技术、可再生能源应用与绿色照明技术、数据中心节能运行管理及节能技术应用案例。本书具有较强的实用性和参考性，适用于数据中心行业技术人员、建设单位的设计和施工人员以及高校相关专业的师生作为参考读本。

目录



前言

第1章  数据中心的现状与发展趋势· 1

1.1 数据中心的基本概念 1

1.1.1 数据中心的组成· 1

1.1.2 数据中心的分类· 2

1.1.3 数据中心的用能特点· 3

1.2 数据中心的建设模式 3

1.3 数据中心的建设等级标准 5

1.3.1 数据中心信息安全等级划分· 5

1.3.2 数据中心基础设施建设等级划分· 5

1.4 数据中心基础设施的部署模式 7

1.5 数据中心的发展趋势 11

1.5.1 数据中心的业务发展趋势 11

1.5.2 数据中心的能耗发展趋势 12

1.5.3 数据中心的能源利用效率发展趋势 13

第2章  数据中心建筑与围护结构节能技术 15

2.1 合理布局数据中心 15

2.2 建筑与结构设计 16

2.3 提高围护结构性能 16

2.4 设计全封闭型数据中心 17

2.5 合理设置分区与层高 18

第3章  数据中心供配电系统节能技术 19

3.1 配电系统节能 19

3.1.1 数据中心供配电系统架构调整对节能的意义 19

3.1.2 数据中心负荷计算 20

3.1.3 数据中心供电电压等级选择 22

3.1.4 提高功率因数与节能的关系 24

3.1.5 谐波治理与节能的关系 25

3.1.6 其他措施 28

3.2 数据中心电力变压器节能 29

3.2.1 变压器损耗分析 29

3.2.2 非晶合金变压器的应用 30

3.2.3 数据中心“2N”变压器的合理使用 31

3.3 数据中心不间断电源系统节能3 2

3.3.1工频UPS与高频UPS的应用· 32

3.3.2 模块化UPS的应用 34

3.3.3 高压直流供电（HVDC）的应用· 40

3.4 数据中心配电线路节能 41

3.4.1 数据中心负荷运行特性、线路节能原则及其措施 41

3.4.2 按经济电流选择配电线路导体截面 42

3.4.3 数据中心“2N”系统负载均衡与节能的关系 43

第4章  数据中心空调系统节能技术 45

4.1 空调系统的冷负荷计算方法 45

4.2 选择合理的空调冷源形式 48

4.2.1 风冷直接蒸发式空调系统 48

4.2.2 水冷直接蒸发式空调系统 49

4.2.3 水冷冷冻水空调系统 50

4.2.4 风冷冷冻水空调系统 52

4.2.5 双冷源空调系统 53

4.2.6 不同空调冷源形式的分析比较 54

4.3 采用磁悬浮技术提升压缩机能效 56

4.4 改善机房空调系统气流组织 58

4.4.1采用CFD技术对机房气流组织进行模拟· 58

4.4.2 合理布置冷热通道和机房空调 61

4.4.3 采用封闭冷/热通道技术隔离冷/热气流· 63

4.4.4 选用气流导向性的变风量送风地板和带有变风量风机的送风地板 65

4.4.5 提高架空地板的高度 67

4.4.6冷/热通道封闭机房的建设 67

4.5 提升数据中心空调系统能效的措施 70

第5章  数据中心自然冷却技术 72

5.1  AHU风墙节能技术· 72

5.1.1  AHU风墙工作原理 72

5.1.2  AHU风墙的工作模式 73

5.1.3  AHU风墙群控 75

5.1.4  AHU风墙的适用范围 76

5.2 氟泵型机房风冷精密空调 76

5.2.1 氟泵型风冷精密空调工作原理 76

5.2.2 氟泵型风冷精密空调特点 77

5.2.3 氟泵型风冷精密空调适用范围 78

5.3 冷水空调系统的自然冷却技术7 9

5.3.1 风冷冷水机组自然冷却工作原理 79

5.3.2 水冷冷水机组自然冷却工作原理 81

5.3.3 冷水空调系统自然冷却适用范围 82

5.4 蒸发冷却技术 83

5.4.1 直接蒸发冷却工作原理 84

5.4.2 间接蒸发冷却工作原理 85

5.4.3 蒸发冷却技术的适用范围 86

5.5 乙二醇自然冷却技术 87

5.5.1 乙二醇自然冷却工作原理 87

5.5.2 乙二醇自然冷却工作模式 88

5.5.3 乙二醇自然冷却适用范围 88

第6章  数据中心高密度设备冷却技术 89

6.1 数据中心高密度设备的散热措施 89

6.2 封闭冷/热通道的高密度机柜解决方案· 90

6.2.1 区域强送风解决方案 90

6.2.2 行间空调解决方案 90

6.3 使用液冷等新技术进行高密度设备柜散热 92

6.3.1 水冷机柜 92

6.3.2 热管冷却技术 93

6.3.3 高密度封闭机柜 96

6.3.4 芯片级管道液体冷却 97

6.3.5 浸入式水冷技术 98

6.3.6 浸没式矿物油冷却技术 99

第7章  数据中心IT设备节能技术 101

7.1 服务器节能 101

7.1.1 服务器节能问题分析· 101

7.1.2 服务器节能规划· 102

7.1.3 服务器节能技术· 104

7.2 存储设备节能 107

7.2.1 存储设备节能问题分析· 107

7.2.2 存储设备节能规划· 108

7.2.3 存储设备节能技术· 108

7.3 网络设备节能 110

7.3.1 网络设备节能问题分析· 110

7.3.2 网络设备节能规划· 110

7.3.3 网络设备节能技术· 110

7.4 虚拟化技术 112

7.4.1 虚拟化技术概述· 112

7.4.2 虚拟化架构· 115

7.5 软件定义数据中心 115

7.5.1  SDDC的架构· 116

7.5.2  SDDC促进数据中心的运营转型· 117

7.5.3  SDDC对数据中心基础设施的影响· 119

第8章  数据中心可再生能源应用与绿色照明技术· 121

8.1 水源热泵 121

8.1.1 水源热泵节能技术工作原理· 121

8.1.2 水源热泵节能技术特点· 121

8.1.3 水源热泵节能技术适用范围· 122

8.2 光伏发电 123

8.2.1 光伏发电节能技术工作原理· 123

8.2.2 光伏发电节能技术工作模式· 124

8.2.3 光伏发电节能技术适用范围· 126

8.3 绿色照明 126

8.3.1 数据中心照明节能原则· 126

8.3.2 数据中心照度水平及功率密度值（LPD）· 127

8.3.3 照明节能技术概述· 128

8.3.4  LED照明节能技术 128

8.3.5 照明控制节能技术· 130

第9章  数据中心节能运行管理· 131

9.1 建立完善的节能管理体制 131

9.2 节能运行策略 132

9.2.1 冷水机组群控· 132

9.2.2 冷冻水大温差小流量控制· 133

9.2.3 冷冻水出水温度控制· 134

9.2.4 变频控制· 136

9.3 数据中心能效测量方法 136

9.3.1  PUE评价方法的局限性 136

9.3.2 数据中心电能能效定义与测量方法· 137

9.3.3 数据中心电能能效测量方法· 140

9.3.4 影响数据中心电能使用效率（EEUE）的因素 141

9.4 建立机房能效管理平台 143

9.4.1 能源消耗统计· 143

9.4.2 能源消耗分析· 144

9.4.3 能源消耗评估· 145

第10章  数据中心节能技术应用案例 147

10.1 北方某高寒地区云计算数据中心 147

10.1.1 项目介绍 147

10.1.2 项目特色及节能技术应用 147

10.2 华东地区某在建数据中心 151

10.2.1 项目介绍 151

10.2.2 项目特色及节能技术应用 151

10.3 某机房节能改造案例 155

10.3.1 项目介绍 155

10.3.2 项目特色及节能技术应用 156

10.3.3 节能改造效果 160

参考文献· 161