在數(shù)字經(jīng)濟快速發(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)化機電設(shè)備的運行效率對降低運營成本和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。本文將探討數(shù)據(jù)中心機房機電設(shè)備的節(jié)能運行控制策略與能效優(yōu)化技術(shù)，為行業(yè)實踐提供參考。

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，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）的能耗占了相當大比例。降低PUE值，減少冷卻系統(tǒng)等非計算設(shè)備的能耗，已成為數(shù)據(jù)中心運營者的主要關(guān)注方向。

在實踐中，國內(nèi)多家機構(gòu)已通過技術(shù)創(chuàng)新取得了顯著成效。例如，云巢東江湖數(shù)據(jù)中心通過利用湖水自然冷卻等技術(shù)，2023年全年平均PUE值達到了1.17，優(yōu)于國家強制性能效標準《GB 40879-2021 數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級》的1級水平（1.20）。

二、主要節(jié)能運行控制策略

1.  AI驅(qū)動的自適應(yīng)控制

    傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)控制依賴固定設(shè)定值，容易出現(xiàn)過度制冷或局部過熱�；�于人工智能的節(jié)能控制系統(tǒng)通過部署高精度傳感器，實時采集設(shè)備運行參數(shù)及環(huán)境數(shù)據(jù)，并利用AI模型進行動態(tài)調(diào)整。

    實踐案例：咸寧移動在其IDC機房部署的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)，動態(tài)調(diào)整空調(diào)送風量、溫度設(shè)定值等變量，將機房核心區(qū)域溫度波動準確控制在±0.5℃安全范圍內(nèi)。該系統(tǒng)投運后，月均節(jié)省電量高達12,460千瓦時，預(yù)計全年可降低空調(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。通過復(fù)合式冷卻系統(tǒng)，在不同室外條件下智能切換運行模式，可以ZUI大化利用自然冷源。

    實踐案例：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%的時間完全利用湖水源冷卻，無需啟動冷水機組。此外，有研究提出的雙蒸發(fā)器泵驅(qū)動力循環(huán)熱管復(fù)合系統(tǒng)，通過PLHP模式、復(fù)合模式和VC模式三種自適應(yīng)運行模式，依據(jù)室外溫度自動切換，實現(xiàn)了對自然冷卻的ZUI大化利用。

3.  設(shè)備協(xié)同運行與全局優(yōu)化

    制冷系統(tǒng)包含冷水機組、水泵、冷卻塔等多個設(shè)備，需要通過群控系統(tǒng)和智能算法進行協(xié)同優(yōu)化，根據(jù)實時負荷動態(tài)調(diào)整運行狀態(tài)。

    實踐案例：南京移動在水冷AI尋優(yōu)節(jié)能系統(tǒng)中，建立了冷水機組的物理模型，并通過AI算法對冷凍水溫、水泵頻率等8類參數(shù)進行智能尋優(yōu)，尋找整個冷凍機房在滿足冷量需求下的ZUI佳能效點。該方案實現(xiàn)了夏季節(jié)能量10.71%，冬季節(jié)能達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)：面對高密度算力帶來的散熱挑戰(zhàn)，液冷技術(shù)和泵驅(qū)動熱管系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)勢。例如，施耐德電機通過并購Motivair，推出了ChilledDoor®冷水背門、機架內(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：通過封閉冷熱通道、加裝機柜盲板等措施，有效減少冷熱空氣混合，提升制冷效率。南寧移動通過實施這些措施，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

    對水泵、冷水機組、冷卻塔風機等設(shè)備進行變頻改造，可以依據(jù)實際負荷靈活調(diào)節(jié)運行狀態(tài)，降低部分負載時的能耗。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，以降低部分負荷的運行功耗。

3.  余熱回收與多能互補

    將數(shù)據(jù)中心機房產(chǎn)生的廢熱進行回收利用，是一項有價值的節(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，整合風能、光伏、儲能等清潔能源，構(gòu)建多能互補的供能體系，也是降低數(shù)據(jù)中心碳排放的重要方向。

四、未來展望

隨著人工智能技術(shù)的不斷進步，離線強化學(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)控制場景提供了新思路。未來，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)測性維護與全方面碳管理，結(jié)合數(shù)字化孿生等技術(shù)，在規(guī)劃設(shè)計和運營階段實現(xiàn)全生命周期的精細化管理，推動數(shù)據(jù)中心向綠色、低碳的方向持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語

數(shù)據(jù)中心機房的節(jié)能增效是一個涉及技術(shù)、管理、系統(tǒng)的綜合性工程。通過應(yīng)用AI智能控制、利用自然冷源、優(yōu)化系統(tǒng)運行策略并引入先進制冷技術(shù)，能夠降低數(shù)據(jù)中心的能耗水平，提升運營效率，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻力量。