节能数据中心设计十大准则
数据中心是节能设计措施的主要目标：一个典型的数据中心可以消耗标准办公空间25到50倍的电力。但数据中心的关键任务性质在历史上一直让业主和设计师的头脑中把其他问题（主要是可靠性和高功率密度容量）置于能源效率之上。此外，数据中心通常具有短的设计周期，很少有时间充分评估有效的设计机会或考虑第一成本与生命周期成本问题。这可能导致设计只是标准办公空间方法的放大版本，或者重复使用标准的低效策略和规范，而不考虑能源性能。
本文讨论了十个技术领域中低效设计实践的替代方案。设计数据中心没有单一的正确方法，但以下指南可以提供设计建议，在各种数据中心设计情况下提供效率优势。
空气管理
现代数据中心设备机架可以产生非常集中的热负荷。通过收集和清除设备废热的房间实现对气流的精确控制，对各种规模设施的能效和设备可靠性具有重大影响。
最佳的数据中心空气管理最大限度地减少或消除供应到设备的冷却空气和从设备排出的热空气之间的混合。一个正确设计的空气管理系统可以降低运行成本和初始设备投资，增加数据中心的密度(W/sf)容量，并减少与热相关的处理中断或故障。
几个关键的设计问题是：供应和返回的位置；设备进风口和排热口的配置；以及房间内的大规模气流模式。
空侧省煤器
数据中心每天24小时运行，具有与室外空气温度无关的大而恒定的冷负荷。在温和的冬季条件和大多数夜晚，空气侧省煤器是冷却数据中心的成本最低的选择。
在未对当地气候条件和空间要求进行适当工程评估的情况下，不建议仅使用加州24号机组上提供的标准办公系统省煤器。由于与数据中心相关的湿度和污染问题，可能需要进行仔细的控制和设计工作，以确保冷却节约不会因过度加湿要求而损失。
提供充足的室外空气以节约能源可能是一个重大的建筑设计挑战。带屋顶进气口或侧壁百叶窗的中央空气处理机组是最常用的，尽管一些内部安装的计算机房空调（CRAC）机组在安装有适当的进气管时可提供省煤器功能。
根据当地气候条件，可能需要室外空气湿度传感器，以便在非常干燥的条件下锁定经济性。在大多数地区，使用室外空气是有益的，但在关键应用中，应了解并解决当地的风险因素。为了控制微粒和污染，应提供适当的低压降过滤，以保持清洁的数据中心环境，同时不会造成过高的风扇电源成本。应评估其他污染问题，如盐或腐蚀性。
中央空气处理
在使用专门设计的集中式空气处理器系统的数据中心空气系统中观察到了更好的性能。与传统的多分散单元系统相比，这些系统具有许多优点，使用更大的电机和风扇，并且效率更高。通过使用变速驱动器（VSD）（也称为变频驱动器或VFD），它们也非常适合变容量操作。
大多数数据中心的负载在一天中不会有明显的变化，而且冷却系统通常都是超大的，有大量的备用容量。集中空气处理系统可以利用多余和冗余的容量来实际提高效率，从而提高效率。中央系统的维护好处是众所周知的;减少占地面积和维护流量是额外的好处。
冷却设备优化
这一战略为数据中心在设计和运营方面提供了许多提高效率的机会。采用55°F冷冻水的中温冷冻水回路设计可提高制冷机效率，并消除不受控制的幻影除湿负荷（见下面关于加湿的段落）。冷凝器回路也应进行优化；带有冷凝器水温重置的5-7°F进近冷却塔设备与变速（VFD）冷却器完美配对，以提供大量节能。
仅一次变量泵送系统与现代制冷设备匹配良好，故障点少，首次成本低，节能。热能储存是一个很好的选择，特别适用于关键设施，在这些设施中，现成的冷却储存可以带来可靠性优势，并可以节省峰值需求。最后，监测冷冻水设备的效率是优化的一项要求：基本可靠的能源和负载监测传感器可以迅速为自身节省能源。
直接液体冷却
直接液冷是指许多不同的冷却方法，它们都采用相同的策略，即在产生热量时或非常接近产生热量时将余热转移到流体中，而不是将余热转移到室内空气中，然后再对室内空气进行调节。
目前，许多机架制造商都提供了一种选择，即直接将冷却盘管安装到机架上，以捕获和去除废热。地板下通常用于运行通过挠性软管连接到机架盘管的冷却液管路。许多其他方法可用或正在采用，从部件散热器的水冷却到使用热交换器冷却的介质流体清洗部件。
液体冷却可以提供更高的热密度，并且比传统的空气冷却效率更高。除效率外，它还可用于更高的功率密度（W/sf）。未来，可能会出现允许设备更直接液体冷却的产品，其方法从芯片散热器中的流体通道到浸入电介质流体。虽然目前尚未广泛采用，但这些方法仍有希望，并应在其继续成熟时进行评估。
通过水侧省煤器自由冷却
水侧省煤器可提供免费冷却，该省煤器利用冷却塔的蒸发冷却能力，在温和的室外条件下（特别是在炎热气候下的夜间），间接产生冷却水，以冷却数据中心。
自由冷却通常最适合每年3000小时或更长时间内湿球温度低于55°F的气候。它最有效地服务于设计温度为50°F及以上的冷冻水回路，或在正常运行中具有显著剩余空气处理器容量的低温冷冻水回路。通常，现有的数据中心可以利用冗余的空气处理器容量和冷冻水温度重置控制来改造免费冷却。
加湿控制
数据中心经常过度控制湿度:这不会产生实际的运营效益，因为加湿会消耗大量的能源。湿度控制往往不是集中的，这导致相邻单元之间的战斗，一个加湿而另一个除湿。如果传感器不定期重新校准，湿度传感器漂移也会导致控制问题。
低能量加湿技术可以用绝热方法取代耗电的蒸汽发生器，利用空气中的热量或从计算机热负荷中回收的热量进行加湿。超声波加湿器、湿润介质(“沼泽冷却器”)和微滴喷雾是绝热加湿器的一些例子。
电源
大多数数据中心设备使用内部或机架式AC-DC电源。更高效的电源将直接降低数据中心的电费，并间接降低冷却系统成本和机架过热问题。使用更高效的电源，每个机架每年可节省2700至6500美元。
高效电源通常在服务器级别具有最小的增量成本，但是，可能需要管理干预以鼓励设备购买者选择高效型号。为了做出合理的选择，购买者需要在降低电气和空调基础设施的运营成本和初始成本方面获得利益，或者至少了解这些成本。
应该选择满足Server System Infrastructure (SSI) Initiative1推荐的效率指南的电源。还应考虑实际运行负荷的影响:选择在其最频繁运行负荷水平上提供最佳效率的电源。
自生
几乎恒定的电力负荷和对高度可靠性的需求相结合，使得大型数据中心非常适合自行发电。为了降低初期成本，应使用自产设备替代备用发电机系统。
它提供了电网电源和废热的替代方案，可以满足附近的供热需求，或者通过吸收式或吸附式制冷机技术收集废热以冷却数据中心。在某些情况下，可以利用自备发电厂的剩余和冗余容量将电力出售回电网，以抵消发电厂的资本成本。
不间断电源
这些系统为数据中心提供备用电源，可以基于电池组、旋转机器、燃料电池或其他技术。由于系统效率低下，UPS为数据中心设备提供的所有电力中，有一部分都被浪费掉了，每年浪费的电量达数十万千瓦时。
UPS的效率水平不同；选择UPS系统时应考虑这一点。数据中心电气系统的设计也会影响UPS运行的典型负载系数，从而影响效率。基于电池的UPS系统在高负载系数下效率更高——至少为其额定容量的40%或更高。UPS系统配置的类型（线路无功与双转换）也会影响效率。更多的功率调节能力通常意味着更多的浪费电力和额外的热负荷，必须通过机械冷却系统来消除。
数据中心设计是一个相对较新的领域，涉及动态和快速发展的技术领域——从真正意义上说，信息技术和能效技术正在开始融合。最高效和有效的数据中心设计使用相对新的设计范式来创建所需的高能量密度、高可靠性环境。
这些指导方针是基于运行数据中心的基准测量，来自实践设计人员和操作人员的输入，以及多年为数据中心设计节能冷却系统的经验而制定的。它们展示了许多新的“标准”方法，这些方法越来越多地被成功和高效的数据中心用作起点。
随着当前数据中心建设的持续繁荣，数据中心的能源使用在总能源使用中所占的比例越来越大，为了帮助管理信息技术基础设施的能源足迹，需要新的高效设计。
本文讨论了十个技术领域中低效设计实践的替代方案。设计数据中心没有单一的正确方法，但以下指南可以提供设计建议，在各种数据中心设计情况下提供效率优势。
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空气管理
现代数据中心设备机架可以产生非常集中的热负荷。通过收集和清除设备废热的房间实现对气流的精确控制，对各种规模设施的能效和设备可靠性具有重大影响。
最佳的数据中心空气管理最大限度地减少或消除供应到设备的冷却空气和从设备排出的热空气之间的混合。一个正确设计的空气管理系统可以降低运行成本和初始设备投资，增加数据中心的密度(W/sf)容量，并减少与热相关的处理中断或故障。
几个关键的设计问题是：供应和返回的位置；设备进风口和排热口的配置；以及房间内的大规模气流模式。
空侧省煤器
数据中心每天24小时运行，具有与室外空气温度无关的大而恒定的冷负荷。在温和的冬季条件和大多数夜晚，空气侧省煤器是冷却数据中心的成本最低的选择。
在未对当地气候条件和空间要求进行适当工程评估的情况下，不建议仅使用加州24号机组上提供的标准办公系统省煤器。由于与数据中心相关的湿度和污染问题，可能需要进行仔细的控制和设计工作，以确保冷却节约不会因过度加湿要求而损失。
提供充足的室外空气以节约能源可能是一个重大的建筑设计挑战。带屋顶进气口或侧壁百叶窗的中央空气处理机组是最常用的，尽管一些内部安装的计算机房空调（CRAC）机组在安装有适当的进气管时可提供省煤器功能。
根据当地气候条件，可能需要室外空气湿度传感器，以便在非常干燥的条件下锁定经济性。在大多数地区，使用室外空气是有益的，但在关键应用中，应了解并解决当地的风险因素。为了控制微粒和污染，应提供适当的低压降过滤，以保持清洁的数据中心环境，同时不会造成过高的风扇电源成本。应评估其他污染问题，如盐或腐蚀性。
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中央空气处理
在使用专门设计的集中式空气处理器系统的数据中心空气系统中观察到了更好的性能。与传统的多分散单元系统相比，这些系统具有许多优点，使用更大的电机和风扇，并且效率更高。通过使用变速驱动器（VSD）（也称为变频驱动器或VFD），它们也非常适合变容量操作。
大多数数据中心的负载在一天中不会有明显的变化，而且冷却系统通常都是超大的，有大量的备用容量。集中空气处理系统可以利用多余和冗余的容量来实际提高效率，从而提高效率。中央系统的维护好处是众所周知的;减少占地面积和维护流量是额外的好处。
冷却设备优化
这一战略为数据中心在设计和运营方面提供了许多提高效率的机会。采用55°F冷冻水的中温冷冻水回路设计可提高制冷机效率，并消除不受控制的幻影除湿负荷（见下面关于加湿的段落）。冷凝器回路也应进行优化；带有冷凝器水温重置的5-7°F进近冷却塔设备与变速（VFD）冷却器完美配对，以提供大量节能。
仅一次变量泵送系统与现代制冷设备匹配良好，故障点少，首次成本低，节能。热能储存是一个很好的选择，特别适用于关键设施，在这些设施中，现成的冷却储存可以带来可靠性优势，并可以节省峰值需求。最后，监测冷冻水设备的效率是优化的一项要求：基本可靠的能源和负载监测传感器可以迅速为自身节省能源。
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直接液体冷却
直接液冷是指许多不同的冷却方法，它们都采用相同的策略，即在产生热量时或非常接近产生热量时将余热转移到流体中，而不是将余热转移到室内空气中，然后再对室内空气进行调节。
目前，许多机架制造商都提供了一种选择，即直接将冷却盘管安装到机架上，以捕获和去除废热。地板下通常用于运行通过挠性软管连接到机架盘管的冷却液管路。许多其他方法可用或正在采用，从部件散热器的水冷却到使用热交换器冷却的介质流体清洗部件。
液体冷却可以提供更高的热密度，并且比传统的空气冷却效率更高。除效率外，它还可用于更高的功率密度（W/sf）。未来，可能会出现允许设备更直接液体冷却的产品，其方法从芯片散热器中的流体通道到浸入电介质流体。虽然目前尚未广泛采用，但这些方法仍有希望，并应在其继续成熟时进行评估。
通过水侧省煤器自由冷却
水侧省煤器可提供免费冷却，该省煤器利用冷却塔的蒸发冷却能力，在温和的室外条件下（特别是在炎热气候下的夜间），间接产生冷却水，以冷却数据中心。
自由冷却通常最适合每年3000小时或更长时间内湿球温度低于55°F的气候。它最有效地服务于设计温度为50°F及以上的冷冻水回路，或在正常运行中具有显著剩余空气处理器容量的低温冷冻水回路。通常，现有的数据中心可以利用冗余的空气处理器容量和冷冻水温度重置控制来改造免费冷却。
加湿控制
数据中心经常过度控制湿度:这不会产生实际的运营效益，因为加湿会消耗大量的能源。湿度控制往往不是集中的，这导致相邻单元之间的战斗，一个加湿而另一个除湿。如果传感器不定期重新校准，湿度传感器漂移也会导致控制问题。
低能量加湿技术可以用绝热方法取代耗电的蒸汽发生器，利用空气中的热量或从计算机热负荷中回收的热量进行加湿。超声波加湿器、湿润介质(“沼泽冷却器”)和微滴喷雾是绝热加湿器的一些例子。
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电源
大多数数据中心设备使用内部或机架式AC-DC电源。更高效的电源将直接降低数据中心的电费，并间接降低冷却系统成本和机架过热问题。使用更高效的电源，每个机架每年可节省2700至6500美元。
高效电源通常在服务器级别具有最小的增量成本，但是，可能需要管理干预以鼓励设备购买者选择高效型号。为了做出合理的选择，购买者需要在降低电气和空调基础设施的运营成本和初始成本方面获得利益，或者至少了解这些成本。
应该选择满足Server System Infrastructure (SSI) Initiative1推荐的效率指南的电源。还应考虑实际运行负荷的影响:选择在其最频繁运行负荷水平上提供最佳效率的电源。
自生
几乎恒定的电力负荷和对高度可靠性的需求相结合，使得大型数据中心非常适合自行发电。为了降低初期成本，应使用自产设备替代备用发电机系统。
它提供了电网电源和废热的替代方案，可以满足附近的供热需求，或者通过吸收式或吸附式制冷机技术收集废热以冷却数据中心。在某些情况下，可以利用自备发电厂的剩余和冗余容量将电力出售回电网，以抵消发电厂的资本成本。
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不间断电源
这些系统为数据中心提供备用电源，可以基于电池组、旋转机器、燃料电池或其他技术。由于系统效率低下，UPS为数据中心设备提供的所有电力中，有一部分都被浪费掉了，每年浪费的电量达数十万千瓦时。
UPS的效率水平不同；选择UPS系统时应考虑这一点。数据中心电气系统的设计也会影响UPS运行的典型负载系数，从而影响效率。基于电池的UPS系统在高负载系数下效率更高——至少为其额定容量的40%或更高。UPS系统配置的类型（线路无功与双转换）也会影响效率。更多的功率调节能力通常意味着更多的浪费电力和额外的热负荷，必须通过机械冷却系统来消除。
数据中心设计是一个相对较新的领域，涉及动态和快速发展的技术领域——从真正意义上说，信息技术和能效技术正在开始融合。最高效和有效的数据中心设计使用相对新的设计范式来创建所需的高能量密度、高可靠性环境。
这些指导方针是基于运行数据中心的基准测量，来自实践设计人员和操作人员的输入，以及多年为数据中心设计节能冷却系统的经验而制定的。它们展示了许多新的“标准”方法，这些方法越来越多地被成功和高效的数据中心用作起点。
随着当前数据中心建设的持续繁荣，数据中心的能源使用在总能源使用中所占的比例越来越大，为了帮助管理信息技术基础设施的能源足迹，需要新的高效设计。
