数据中心节能减排技术手册

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数据中心节能减排技术手册
第一章 数据中心节能减排概述................................................................................................... 2
1 数据中心能耗分析......................................................................................................... 2
2 节能减排的重要性......................................................................................................... 2
第二章 数据中心设计优化........................................................................................................... 3
1 高效机房设计................................................................................................................ 3
2 能源管理系统集成......................................................................................................... 3
3 绿色建筑标准应用......................................................................................................... 4
第三章 服务器与存储设备节能减排........................................................................................... 4
1 服务器选型与配置......................................................................................................... 4
2 存储设备优化................................................................................................................ 5
3 虚拟化技术应用............................................................................................................. 5
第四章 供配电系统节能减排....................................................................................................... 6
1 高效电源设备................................................................................................................ 6
2 电力系统优化................................................................................................................ 6
3 电池备份系统................................................................................................................ 6
第五章 冷却系统节能减排........................................................................................................... 7
1 冷却设备选型与配置..................................................................................................... 7
1.1 冷却设备选型原则..................................................................................................... 7
1.2 冷却设备配置............................................................................................................. 7
2 冷却系统优化................................................................................................................ 7
2.1 冷却系统设计优化..................................................................................................... 7
2.2 冷却系统运行优化..................................................................................................... 7
3 自然冷却技术应用......................................................................................................... 8
3.1 自然冷却原理............................................................................................................. 8
3.2 自然冷却应用案例..................................................................................................... 8
3.3 自然冷却技术应用前景............................................................................................. 8
第六章 数据中心网络节能减排................................................................................................... 8
1 网络设备选型与配置..................................................................................................... 8
2 网络架构优化................................................................................................................ 9
3 高效网络传输技术......................................................................................................... 9
第七章 数据中心运维管理......................................................................................................... 10
1 能源监控与管理........................................................................................................... 10
1.1 能源监控系统概述................................................................................................... 10
1.2 数据采集.................................................................................................................. 10
1.3 数据处理与分析....................................................................................................... 10
1.4 能源管理策略........................................................................................................... 10
2 设备维护与优化........................................................................................................... 10
2.1 设备维护策略........................................................................................................... 10
2.2 设备优化措施........................................................................................................... 10
3 节能减排措施实施....................................................................................................... 11

7.3.1 节能措施.................................................................................................................. 11
7.3.2 减排措施.................................................................................................................. 11
第八章 数据中心照明与动力系统............................................................................................. 11
8.1 高效照明系统.............................................................................................................. 11
8.2 动力系统优化.............................................................................................................. 12
8.3 节能灯具应用.............................................................................................................. 12
第九章 数据中心废弃物处理与回收......................................................................................... 12
9.1 电子废弃物回收........................................................................................................... 12
9.1.1 电子废弃物的分类与特点....................................................................................... 12
9.1.2 电子废弃物的回收流程........................................................................................... 12
9.2 废水处理与回收........................................................................................................... 13
9.2.1 废水的来源与特点................................................................................................... 13
9.2.2 废水处理技术........................................................................................................... 13
9.2.3 废水回收利用........................................................................................................... 13
9.3 废气处理与排放........................................................................................................... 13
9.3.1 废气的来源与特点................................................................................................... 13
9.3.2 废气处理技术........................................................................................................... 13
9.3.3 废气排放控制........................................................................................................... 13
第十章 数据中心节能减排发展趋势......................................................................................... 14
10.1 新技术展望................................................................................................................ 14
10.2 政策与法规................................................................................................................ 14
10.3 行业最佳实践案例..................................................................................................... 14
第一章 数据中心节能减排概述
1.1 数据中心能耗分析
数据中心作为支撑现代信息化社会的重要基础设施，其能耗问题日益受到
关注。数据中心的能耗主要来源于以下几个方面：
（1）服务器设备能耗：服务器设备是数据中心的核心部分，其能耗占据数
据中心总能耗的绝大部分。服务器功能的提升，能耗也在不断增长。
（2）制冷系统能耗：数据中心为了保证服务器设备的正常运行，需要维持
一定的温度和湿度环境。制冷系统在数据中心能耗中占有较大比重。
（3）电源系统能耗：数据中心电源系统主要包括不间断电源（UPS）和开
关电源等，其能耗也不容忽视。
（4）辅助设备能耗：数据中心中还有许多辅助设备，如网络设备、监控设
备等，这些设备的能耗也需要纳入考虑。
1.2 节能减排的重要性

数据中心节能减排的重要性体现在以下几个方面：

（1）降低运营成本：数据中心能耗占运营成本的比例较大，通过节能减排

措施可以降低运营成本，提高经济效益。

（2）减轻环境压力：数据中心能耗产生的碳排放对环境造成负面影响。实

施节能减排措施，有助于减少碳排放，减轻环境压力。

（3）提高能源利用率：数据中心节能减排技术的应用可以提高能源利用率，

降低能源浪费，实现可持续发展。

（4）提升企业竞争力：数据中心节能减排技术的应用有助于提升企业整体

竞争力，满足绿色环保的需求，树立良好的企业形象。

（5）保障数据中心稳定运行：通过节能减排技术，可以优化数据中心能源

结构，提高设备运行效率，保障数据中心稳定运行。

数据中心节能减排对于降低运营成本、减轻环境压力、提高能源利用率、提

升企业竞争力和保障数据中心稳定运行具有重要意义。因此，研究并推广数据中

心节能减排技术成为当前亟待解决的问题。

第二章数据中心设计优化

2.1 高效机房设计

高效机房设计是数据中心节能减排的核心环节，其主要目标是在保证数据

中心稳定运行的前提下，降低能源消耗，提高能效比。以下为高效机房设计的几

个关键要素：

（1）机房布局优化：合理规划机房空间，提高设备摆放密度，减少布线距

离，降低能源损耗。同时应考虑未来设备升级和扩展的需求，为机房预留足够的

空间。

（2）气流组织优化：优化机房气流组织，提高冷却效果，降低能耗。具体

措施包括采用封闭冷通道、热通道隔离、合理设置送风和回风系统等。

（3）制冷系统优化：选用高效制冷设备，提高制冷效率。对于大型数据中

心，可以采用多级制冷系统，根据实际负荷调整制冷能力，减少无效能耗。

（4）照明系统优化：采用高效节能照明设备，如 LED 灯具，并根据实际需

求调整照明亮度，降低照明能耗。

2.2 能源管理系统集成

能源管理系统（EMS）是对数据中心能源消耗进行实时监测、分析和优化的

重要工具。以下是能源管理系统集成的关键要点：

（1）数据采集与监测：通过安装各类传感器，实时采集数据中心各设备、

系统和环境的能耗数据，为后续分析和优化提供数据支持。

（2）数据存储与分析：将采集到的能耗数据存储在数据库中，采用数据挖

掘和机器学习技术，分析能耗规律，为节能措施提供依据。

（3）能效评估与优化：根据能耗数据，评估数据中心的能效水平，找出潜

在的节能空间，制定针对性的节能措施。

（4）自动化控制与调度：通过 EMS 实现对数据中心设备的自动化控制与调

度，优化能源分配，降低能耗。

2.3 绿色建筑标准应用

绿色建筑标准是指在数据中心设计和建设过程中，遵循环保、节能、减排、

可再生能源利用等原则，提高数据中心整体能效。以下为绿色建筑标准在数据中

心设计中的应用：

（1）选用绿色建筑材料：在数据中心建设过程中，选用环保、低能耗的建

筑材料，降低建筑本身的能耗。

（2）可再生能源利用：在数据中心设计中，充分考虑可再生能源的利用，

如太阳能、风能等，降低对传统能源的依赖。

（3）水资源利用优化：采用节水型设备和工艺，提高水资源利用效率，减

少水资源浪费。

（4）室内环境质量保障：通过合理设计室内环境，保证空气质量、温度、

湿度等参数满足舒适性和健康要求，降低能耗。

（5）智能化运维管理：利用智能化技术，实现数据中心运维管理的自动化、

智能化，提高运维效率，降低运维成本。

第三章服务器与存储设备节能减排

3.1 服务器选型与配置

服务器作为数据中心的核心设备，其能效比对于整个数据中心的能耗具有

决定性影响。在进行服务器选型与配置时，应遵循以下原则：

（1）优先选择高能效比服务器：高能效比服务器能够在相同功能条件下，

实现更低的能耗。在选择服务器时，应关注其能效比指标，如能源效率比率

（EER）和绿色网格功耗效率（PUE）等。

（2）合理配置服务器资源：根据业务需求，合理配置服务器 CPU、内存、硬

盘等资源，避免过度配置或资源浪费。同时关注服务器硬件的兼容性和扩展性，

以满足未来业务发展需求。

（ 3）采用节能技术：选择支持节能技术的服务器，如 Intel 的Node

Manager、AMD 的Cool'n'Quiet 等，这些技术可以在不影响功能的前提下，降低

服务器功耗。

（4）优化服务器散热设计：服务器散热设计对能耗影响较大，应选择具有

良好散热功能的服务器，如采用液冷、风冷等散热方式。

3.2 存储设备优化

存储设备是数据中心中能耗较大的设备之一，优化存储设备可以降低数据

中心的整体能耗。以下为存储设备优化的建议：

（1）选择高效存储设备：选择具有较高存储密度和较低功耗的存储设备，

如固态硬盘（SSD）替代机械硬盘（HDD）。

（2）合理配置存储资源：根据业务需求，合理配置存储设备的容量和功能，

避免资源浪费。

（3）采用存储虚拟化技术：存储虚拟化可以将多个存储设备整合为一个逻

辑存储资源，提高存储资源利用率，降低能耗。

（4）优化存储网络：采用高速、低功耗的存储网络设备，提高数据传输效

率，降低能耗。

3.3 虚拟化技术应用

虚拟化技术是数据中心节能减排的重要手段，通过虚拟化技术，可以降低

硬件设备投入，提高资源利用率，从而实现节能减排。以下为虚拟化技术的应用

建议：

（1）服务器虚拟化：将多个服务器虚拟化为一个逻辑服务器，提高服务器

资源利用率，降低能耗。

（2）存储虚拟化：整合多个存储设备，提高存储资源利用率，降低能耗。

（3）网络虚拟化：通过虚拟化技术，实现网络资源的灵活分配，降低能耗。

（4）桌面虚拟化：将桌面系统虚拟化，减少终端设备功耗，降低能耗。

通过以上措施，可以有效降低数据中心服务器与存储设备的能耗，实现数

据中心的节能减排目标。

第四章供配电系统节能减排

4.1 高效电源设备

在数据中心供配电系统中，高效电源设备的应用是节能减排的关键环节。高

效电源设备主要包括高效变压器、高效 UPS（不间断电源）等。

高效变压器具有较低的损耗和较高的转换效率，可以降低数据中心能源消

耗。在选择变压器时，应考虑以下因素：

（1）采用高导磁材料，降低磁损；

（2）采用优质绝缘材料，提高绝缘功能；

（3）合理设计线圈和铁芯结构，降低电阻和漏磁；

（4）选用合理的冷却方式，提高散热效果。

高效 UPS 是数据中心电源系统的核心设备，其转换效率对数据中心能源消

耗具有较大影响。在选择高效 UPS 时，应关注以下方面：

（1）采用高频开关电源技术，提高转换效率；

（2）优化电路设计，降低损耗；

（3）合理配置电池组，提高电池利用率；

（4）采用模块化设计，便于维护和升级。

4.2 电力系统优化

电力系统优化是数据中心节能减排的重要措施，主要包括以下方面：

（1）合理设计电力系统布局，降低线损；

（2）采用合理的供电方式，提高供电可靠性；

（3）采用电力系统监控与保护装置，实现故障快速切除；

（4）应用电力系统补偿装置，提高功率因数，降低无功损耗；

（5）采用智能电网技术，实现电力系统自动化运行。

4.3 电池备份系统

电池备份系统是数据中心供配电系统的重要组成部分，其作用是在市电故

障时为数据中心提供持续供电。电池备份系统的节能减排措施主要包括：

（1）选用高能量密度的电池，降低电池体积和重量；

（2）采用电池管理系统，实时监测电池状态，提高电池利用率；

（3）合理设计电池组，降低电池内阻，提高放电效率；

（4）采用电池热管理系统，保证电池在适宜的温度范围内工作，延长使用

寿命；

（5）定期对电池进行维护，保证电池功能稳定。

第五章冷却系统节能减排

5.1 冷却设备选型与配置

5.1.1 冷却设备选型原则

冷却设备的选型应遵循以下原则：

（1）高效节能：选择具有高能效比的冷却设备，降低能耗。

（2）可靠性：保证冷却设备运行稳定，降低故障率。

（3）适应性：根据数据中心所在地的气候条件，选择适合的冷却设备。

（4）环保：选择符合国家环保要求的冷却设备。

5.1.2 冷却设备配置

冷却设备配置主要包括以下方面：

（1）冷水机组：根据数据中心负荷需求，选择合适容量的冷水机组。

（2）冷却塔：根据冷却水温差、循环水量等因素，选择合适容量的冷却塔。

（3）冷冻水泵：根据冷水机组和冷却塔的参数，选择合适的水泵。

（4）冷却水管路：设计合理的冷却水管路，保证水流畅通。

5.2 冷却系统优化

5.2.1 冷却系统设计优化

（1）提高冷却系统循环效率：通过优化冷却水泵、冷却塔等设备参数，提

高循环效率。

（2）降低冷却系统阻力：优化管道设计，降低阻力损失。

（3）提高冷却水温差：通过优化冷却塔布局，提高冷却水温差。

5.2.2 冷却系统运行优化

（1）实时监测：通过安装温度、流量、压力等传感器，实时监测冷却系统

运行状态。

（2）自动调节：根据实时监测数据，自动调节冷却系统运行参数，实现节

能。

（3）预防性维护：定期对冷却设备进行维护，保证设备运行稳定。

5.3 自然冷却技术应用

5.3.1 自然冷却原理

自然冷却技术利用自然环境中的低温水源或空气，通过热交换，降低数据

中心内部温度。常见的自然冷却技术有水源热泵、空气源热泵等。

5.3.2 自然冷却应用案例

以下为几种典型的自然冷却应用案例：

（1）水源热泵：利用地下水或地表水作为低温热源，实现数据中心内部降

温。

（2）空气源热泵：利用室外低温空气作为热源，实现数据中心内部降温。

（3）混合式冷却系统：将自然冷却技术与常规冷却系统相结合，实现节能。

5.3.3 自然冷却技术应用前景

数据中心能耗的日益增长，自然冷却技术具有广阔的应用前景。在符合自然

冷却条件的地区，充分利用自然冷却资源，可以显著降低数据中心的能耗。同时

技术的不断进步，自然冷却系统的适用范围将进一步扩大，为数据中心节能减

排提供更多可能性。

第六章数据中心网络节能减排

6.1 网络设备选型与配置

在数据中心网络节能减排中，合理选型与配置网络设备是关键环节。应选择

符合国家节能减排标准的高效能网络设备，具体包括以下几点：

（1）设备功能：选择具备较高数据处理能力和较低功耗的网络设备，如

交换机、路由器等。同时考虑设备的可扩展性，以满足未来业务增长的需求。

（2）能效比：在设备选型时，关注设备的能效比，即在相同功能下，设

备功耗的多少。选择能效比高的设备，有助于降低整体能耗。

（3）散热功能：散热功能良好的设备可以降低数据中心内部温度，减少

空调等冷却设备的能耗。因此，在选择网络设备时，需关注其散热功能。

（4）配置优化：合理配置网络设备，包括接口、模块、电源等。避免过度

配置，以降低设备功耗。

（5）管理软件：选择具备节能管理功能的网络设备，通过管理软件实现

设备能耗的实时监控和优化。

6.2 网络架构优化

网络架构优化是数据中心网络节能减排的重要组成部分。以下为几个优化方

向：

（1）扁平化网络架构：采用扁平化网络架构，减少网络层次，降低设备

数量，从而降低整体能耗。

（2）虚拟化技术：利用虚拟化技术，整合网络资源，提高资源利用率，

减少设备数量，降低能耗。

（3）负载均衡：通过负载均衡技术，合理分配网络负载，避免部分设备

过载，降低整体能耗。

（4）网络冗余：合理设置网络冗余，保证网络的高可用性，同时避免过

度冗余导致的能耗增加。

（5）绿色数据中心布局：优化数据中心布局，使网络设备布局更加合理，

降低能耗。

6.3 高效网络传输技术

高效网络传输技术是数据中心网络节能减排的重要手段，以下为几种高效

网络传输技术：

（1）高带宽传输技术：采用高带宽传输技术，如 40G、100G以太网，提高

数据传输速率，降低单位数据传输能耗。

（2）光通信技术：采用光通信技术，如光纤通信，提高数据传输距离和

速率，降低能耗。

（3）数据压缩技术：利用数据压缩技术，减少数据传输量，降低能耗。

（4）协议优化：优化网络协议，提高数据传输效率，降低能耗。

（5）智能调度技术：采用智能调度技术，根据业务需求动态调整网络资

源，降低能耗。

通过以上措施，数据中心网络可以实现节能减排的目标，为我国绿色数据

中心建设贡献力量。

第七章数据中心运维管理

7.1 能源监控与管理

7.1.1 能源监控系统概述

数据中心作为高能耗场所，能源监控系统的建立与实施对于节能减排具有

重要意义。能源监控系统主要包括数据采集、数据处理、数据分析和数据展示等

功能，旨在实现数据中心的能源消耗实时监测、统计分析和优化管理。

7.1.2 数据采集

数据采集是能源监控系统的基石，涉及各类能耗设备的数据收集。数据中心

应采用自动化采集方式，如智能仪表、传感器等，保证数据准确、实时。采集的

数据包括但不限于电力、水、空调、照明等能耗信息。

7.1.3 数据处理与分析

数据处理与分析是能源监控系统的核心环节。通过对采集的数据进行清洗、

整合、分析和挖掘，可以为数据中心的能源管理提供有力支持。主要分析内容包

括能耗趋势、能耗构成、能效指标等。

7.1.4 能源管理策略

基于能源监控系统提供的数据，数据中心应制定相应的能源管理策略，包

括能耗优化、设备维护、节能减排措施等。具体策略如下：

（1）设定能耗目标，分解到各部门，落实责任；

（2）对能耗异常情况进行分析和预警，及时采取措施；

（3）定期对能源消耗进行统计和分析，优化能源配置；

（4）推广节能减排技术，降低能耗。

7.2 设备维护与优化

7.2.1 设备维护策略

为保证数据中心设备正常运行，降低能耗，应制定以下设备维护策略：

（1）定期对设备进行保养和检修，保证设备功能稳定；

（2）对设备运行数据进行实时监测，发觉异常情况及时处理；

（3）建立设备档案，记录设备运行情况、维修保养历史等；

（4）制定应急预案，保证设备故障时能够迅速恢复运行。

7.2.2 设备优化措施

（1）采用高效设备，提高设备能效比；

（2）合理配置设备，降低冗余；

（3）优化设备布局，提高空间利用率；

（4）采用节能技术，如高效冷却、自然冷却等；

（5）定期对设备进行升级和更新，提高设备功能。

7.3 节能减排措施实施

7.3.1 节能措施

（1）优化空调系统，提高制冷效率；

（2）采用高效照明系统，降低能耗；

（3）优化网络架构，降低网络能耗；

（4）推广绿色数据中心设计，提高整体能效。

7.3.2 减排措施

（1）采用清洁能源，如太阳能、风能等；

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