提高数据中心温度可有效减少能耗和碳排放

【摘要】对于数据中心运营商来说，冷却和热管理是一个复杂的问题。现在是我们挑战传统规范的时候了：我们是否需要将热带气候中的数据中心保持在20°C的低温度下运行？

到2025年，数据中心预计将消耗全球五分之一的电力，并贡献高达5%的碳排放。鉴于亚太数据中心和托管服务行业预计到2024年将达到320亿美元的市场规模，提高数据中心温度可有效节省消耗和减少碳排放。

对于数据中心运营商来说，冷却和热管理是一个复杂的问题。根据行业惯例，数据中心的运行温度在20至25摄氏度之间，相对环境湿度在50%至60%之间，本地数据中心将近40%的能源用于冷却IT系统。

例如，新加坡的热带气候使得在规定的温度和湿度范围内的冷却数据中心比世界上其他地方更耗能。研究表明，由于在这个城市国家建立了更多的数据中心，在十年的时间里，该行业将占其全年总用电量的12%。

显然，我们需要在推动行业增长和实现净零排放之间取得平衡。

可以考虑使用太阳能等可再生能源，尽管这对新加坡这个土地稀缺的国家来说是一个挑战。建造更高的数据中心可能是另一个选择，尽管必须解决加强楼层以支持重型ICT设备集中的问题。

现在是我们挑战传统规范的时候了：我们是否需要将热带气候中的数据中心保持在20°C的低温度下运行？

有证据支持更热的数据中心的可行性。服务器机架现在设计得更好，可以在更高的温度下维持运行。总部位于美国的供热和制冷专业行业组织ASHRAE已经修订了其指导方针，支持更温暖的服务器群。就连新加坡的IDA也在2016年启动了一个热带数据中心试验，环境温度将被测试到38°C的高温，环境湿度超过90%或更高。

然而，在采用这种做法时存在着很大的阻力。反对者包括源自“没坏就不修”心态的历史惯性。大多数数据中心硬件供应商不保证他们的设备在建议的更高温度下正常工作。一些较老的设施可能有遗留的冷却系统，这些系统不是设计来应对温度升高的。

江森自控的内部研究显示，更热的设施对节省电力有积极影响。冷冻水温度每增加1°C，典型的冷水机可节省约2-3%的电力消耗；使用变速驱动制冷机，节约成本增加到4-5%。

在典型的建筑应用中，冷冻水温度的设定点是由建筑物的感负荷和潜负荷决定的。为了去除水分(潜在负荷)，需要一定的冷冻水最低温度。冷冻水的典型供水温度根据建筑物的感负荷和潜负荷之比设定为6.7℃。

冷却有两个方面需要考虑。首先，冷水机组压缩机所做的功与冷冻水供应温度成反比。换句话说，做功随着冷冻水温度的升高而减小。同时，冷水机所消耗的功率与压缩机所做的功或压缩机的“扬程”成正比。这意味着在较高的冷冻水温度下，较高的蒸发器压力导致压缩机扬程较低，因此，整体功耗较低。

冷水机冷冻水的供水温度是由供风温度满足机房预设温度所决定的。基于更温暖的数据中心场景，典型的温度读数现在可能如下所示:

预设室温为26-27°C

预设送风温度为20-22°C

预设定冷冻水温度至空气处理机组(AHU)在18-20°C

变化最大的是预先设定的供水温度。现在它可以从典型的低7°C提高到18-20°C -这意味着冷水机供水温度增加了11-13°C。这意味着冷水机能耗降低了40-45%。

举例来说，一台典型的水冷式冷水机组需要0.6KW/RT才能提供7°C的冷冻水。更改后，冷水机现在将消耗0.35 KW/RT来提供18°C的冷冻水供应，从而实现45%的节约。

毫无疑问，冷水机组在较高的冷冻水供应温度下可以更有效地工作。因此，其目的应该是将水温提高到尽可能高的程度。

然而，有一些问题需要强调。例如，在降低冷水机功耗和增加空气处理单元功率之间取得平衡。当冷冻水供应温度超过18℃时，室温与送风温度之差会逐渐减小。当这种情况发生时，需要更高的风量来满足整体热负荷，这导致空气处理单元的功耗增加。

停电模式的安全裕度也需要解决。由于服务器负载高度集中，电源供应和房间冷却的任何中断都可能导致房间温度迅速升高。为了避免服务器机房温度的这种异常波动，在设计数据中心时，通常会将机房温度的安全裕度设置为1℃~ 2℃。

由于回油和电机冷却等问题，并不是所有的冷水机都设计为在16°C的较高冷冻水温度下运行。即使是被吹捧为在20°C下运行的冷水机，它也是通过限制冷却塔温度来“人为”增加压缩机头(扬程)，从而增加冷水机功耗。

另一方面，专门的冷水机组设计为在20°C以上的温度下运行，不受冷却水温度的限制。例如，江森自控YORK磁轴承冷水机组甚至可以在反向情况下运行，即当冷却塔温度低于冷冻水供应温度时。使用磁悬浮技术在其传动系统旋转无摩擦，冷水机提供了一个更安静，更有效的操作，并可在变速驱动。

根据我们的经验，对数据中心运行的任何微小改进都将产生重大影响。运行一个温暖的数据中心将节省大量能源，并减少该行业的碳足迹。

这是我们可以实现的可持续发展目标。

一些组织，如 绿色网格联盟(The Green Grid)  、气候拯救计算倡议和全球电子可持续发展倡议，已经制定了测量和报告数据中心排放数据的标准和指南。这些标准可以帮助数据中心运营商准确测量和报告其排放数据，并确定减少其环境影响的方法。

本文标题：提高数据中心温度可有效减少能耗和碳排放

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