在數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)中心作為核心基礎(chǔ)設(shè)施，其能耗問(wèn)題日益凸顯。其中，冷卻系統(tǒng)的能耗通常占數(shù)據(jù)中心總能耗的30%以上，優(yōu)化機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率對(duì)降低運(yùn)營(yíng)成本和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。本文將探討數(shù)據(jù)中心機(jī)房機(jī)電設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行控制策略與能效優(yōu)化技術(shù)，為行業(yè)實(shí)踐提供參考。

一、數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀與節(jié)能必要性

數(shù)據(jù)中心的能耗主要由IT設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和供電系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)Uptime Institute的統(tǒng)計(jì)，全球數(shù)據(jù)中心平均PUE（電能使用效率）約為1.58，這意味著非IT設(shè)備（如冷卻和供電）的能耗占了相當(dāng)大比例。降低PUE值，減少冷卻系統(tǒng)等非計(jì)算設(shè)備的能耗，已成為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者的主要關(guān)注方向。

在實(shí)踐中，國(guó)內(nèi)多家機(jī)構(gòu)已通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新取得了顯著成效。例如，云巢東江湖數(shù)據(jù)中心通過(guò)利用湖水自然冷卻等技術(shù)，2023年全年平均PUE值達(dá)到了1.17，優(yōu)于國(guó)家強(qiáng)制性能效標(biāo)準(zhǔn)《GB 40879-2021 數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級(jí)》的1級(jí)水平（1.20）。

二、主要節(jié)能運(yùn)行控制策略

1.  AI驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)控制

    傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)控制依賴(lài)固定設(shè)定值，容易出現(xiàn)過(guò)度制冷或局部過(guò)熱�；�于人工智能的節(jié)能控制系統(tǒng)通過(guò)部署高精度傳感器，實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境數(shù)據(jù)，并利用AI模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

    實(shí)踐案例：咸寧移動(dòng)在其IDC機(jī)房部署的AI節(jié)能控制系統(tǒng)，能每5秒采集一次數(shù)據(jù)，AI模型每15分鐘完成一次深度學(xué)習(xí)與參數(shù)尋優(yōu)，動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)送風(fēng)量、溫度設(shè)定值等變量，將機(jī)房核心區(qū)域溫度波動(dòng)準(zhǔn)確控制在±0.5℃安全范圍內(nèi)。該系統(tǒng)投運(yùn)后，月均節(jié)省電量高達(dá)12,460千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)全年可降低空調(diào)系統(tǒng)能耗25%。

2.  自然冷源利用與多模式切換

    充分利用自然冷源（如湖水、低溫空氣）是降低制冷能耗的有效途徑。通過(guò)復(fù)合式冷卻系統(tǒng)，在不同室外條件下智能切換運(yùn)行模式，可以ZUI大化利用自然冷源。

    實(shí)踐案例：云巢東江湖數(shù)據(jù)中心全年直接采用下游8-12攝氏度的東江湖湖水作為散熱冷源，全年99%的時(shí)間完全利用湖水源冷卻，無(wú)需啟動(dòng)冷水機(jī)組。此外，有研究提出的雙蒸發(fā)器泵驅(qū)動(dòng)力循環(huán)熱管復(fù)合系統(tǒng)，通過(guò)PLHP模式、復(fù)合模式和VC模式三種自適應(yīng)運(yùn)行模式，依據(jù)室外溫度自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然冷卻的ZUI大化利用。

3.  設(shè)備協(xié)同運(yùn)行與全局優(yōu)化

    制冷系統(tǒng)包含冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等多個(gè)設(shè)備，需要通過(guò)群控系統(tǒng)和智能算法進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。

    實(shí)踐案例：南京移動(dòng)在水冷AI尋優(yōu)節(jié)能系統(tǒng)中，建立了冷水機(jī)組的物理模型，并通過(guò)AI算法對(duì)冷凍水溫、水泵頻率等8類(lèi)參數(shù)進(jìn)行智能尋優(yōu)，尋找整個(gè)冷凍機(jī)房在滿足冷量需求下的ZUI佳能效點(diǎn)。該方案實(shí)現(xiàn)了夏季節(jié)能量10.71%，冬季節(jié)能達(dá)6.6%，全年綜合節(jié)能率突破8%。

三、關(guān)鍵能效優(yōu)化技術(shù)

1.  gao效制冷技術(shù)

    液冷與熱管技術(shù)：面對(duì)高密度算力帶來(lái)的散熱挑戰(zhàn)，液冷技術(shù)和泵驅(qū)動(dòng)熱管系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。例如，施耐德電機(jī)通過(guò)并購(gòu)Motivair，推出了ChilledDoor®冷水背門(mén)、機(jī)架內(nèi)液冷分岐管以及冷卻分配單元等液冷解決方案。

    氣流組織優(yōu)化：通過(guò)封閉冷熱通道、加裝機(jī)柜盲板等措施，有效減少冷熱空氣混合，提升制冷效率。南寧移動(dòng)通過(guò)實(shí)施這些措施，顯著提升了制冷效率，其廣西南寧數(shù)據(jù)中心年P(guān)UE值低至1.274。

2.  變頻技術(shù)與GAO效設(shè)備

    對(duì)水泵、冷水機(jī)組、冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行變頻改造，可以依據(jù)實(shí)際負(fù)荷靈活調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，降低部分負(fù)載時(shí)的能耗。云巢東江湖數(shù)據(jù)中心在其水系及冷卻設(shè)備上均采用了變頻設(shè)計(jì)，以降低部分負(fù)荷的運(yùn)行功耗。

3.  余熱回收與多能互補(bǔ)

    將數(shù)據(jù)中心機(jī)房產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行回收利用，是一項(xiàng)有價(jià)值的節(jié)能舉措。云巢東江湖數(shù)據(jù)中心從冷凍水回水側(cè)回收余熱，用于辦公及周邊建筑冬季供熱，制熱COP穩(wěn)定在5.0以上，比傳統(tǒng)模式節(jié)能50%。同時(shí)，整合風(fēng)能、光伏、儲(chǔ)能等清潔能源，構(gòu)建多能互補(bǔ)的供能體系，也是降低數(shù)據(jù)中心碳排放的重要方向。

四、未來(lái)展望

隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，離線強(qiáng)化學(xué)習(xí)等新型AI控制方法的研究應(yīng)用，為解決數(shù)據(jù)有限、安全要求高的工業(yè)控制場(chǎng)景提供了新思路。未來(lái)，數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)將更加注重系統(tǒng)性優(yōu)化、預(yù)測(cè)性維護(hù)與全方面碳管理，結(jié)合數(shù)字化孿生等技術(shù)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)階段實(shí)現(xiàn)全生命周期的精細(xì)化管理，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向綠色、低碳的方向持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能增效是一個(gè)涉及技術(shù)、管理、系統(tǒng)的綜合性工程。通過(guò)應(yīng)用AI智能控制、利用自然冷源、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略并引入先進(jìn)制冷技術(shù)，能夠降低數(shù)據(jù)中心的能耗水平，提升運(yùn)營(yíng)效率，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。