全球范圍內，數據中心業界的能耗急劇增加，目前約占到全球總耗電量的1.3%。同時，在過去幾十年中，數據中心行業通過在數據中心基礎設施管理(DCIM)中采用更有效的技術和實踐方案也取得了相當顯著的進展。2016年，全球數據中心行業市場已經達到1520億美元，同時整個市場將繼續保持約5%的年增長。當前有一種趨勢是建設容量超過40兆瓦的大型數據中心。能源效率顯然是數據中心的一個重要問題，可以最大限度地減少對環境的影響，降低能耗成本，并優化數據中心的運營績效。
這項工作包括三種方案：基準方案;COP為2.1的空氣側節能器方案;COP為4.0的空氣側節能器方案。一處位于美國的具有傳統CRAC冷卻方案的數據中心案例被定義為基準的冷卻解決方案。該數據中心通風布局使用傳統的熱通道/冷通道布置。而在采用空氣側節能器的情況下，COP被分別假定為2.1和4.0兩種情況。由于外部空氣溫度通常高于CRAC冷卻空氣溫度，因此基準CRAC風扇的功率為232 kW，ASE風扇功率為410 kW。為了保持足夠的熱傳遞，ASE需要更多的風扇功率。為此，我們選擇了四處氣候條件差異很大的城市作為數據中心選址進行比較。
數據中心選址的影響
通過垂直氣流實現數據中心的通風和氣流管理
圖4：(左)冷卻功耗。(右)業務費用。數據中心冷卻功耗和年運營成本的案例研究。
對于基準情況，冷卻器運行小時數等于數據中心年度運行小時數，因為該運行實際上可以不利用室外氣候條件，因此意味著數據中心全年都由冷卻器系統實施冷卻。根據ASHRAE熱環境推薦的數據中心范圍和四個城市10年氣候統計溫度和濕度數據的分析，我們計算了ASE場景設計下每處數據中心的節能器使用小時數和冷卻器使用小時數(如下表1和表2所示)。其中瑞典的呂勒奧具有零冷卻器運行時長的特殊優勢。這意味著在該地區的數據中心不需要采用機械冷卻設備。而美國西雅圖是空氣側節能器最受歡迎的城市，因為那里所需要的冷卻器運行時長較短(僅62小時)。
圖2：數據中心垂直服務器機架布局，可調節入口。(左)具有垂直放置服務器的數據中心機架布局。(右)數據中心垂直服務器機架布局中的氣流圖示。
每當需要機械冷卻以維持最大允許的IT進氣溫度時，就需要記錄冷卻器采用的時長。收集節能器的采用時長以確定外部空氣條件滿足所需數據中心條件的小時數。冷卻器采用的時長和節能器采用的時長都適用于兩個區域，即數據中心完全由冷卻器冷卻的區域和過渡區域，其中一些冷卻負載由免費的自然冷卻系統滿足，其余部分由冷卻器滿足。
在當前企業的數據中心，大約40%的總能耗是用于其IT相關設備冷卻的。因此，冷卻成本可以說是大型數據中心總電費的主要貢獻因素之一。在本文中，將與廣大讀者朋友們共同研究影響數據中心冷卻能耗的兩大關鍵性的因素，即數據中心內部的氣流管理及其選址。文章中，介紹了一種具有垂直冷卻氣流的獨特機架布局，同時還將與您一起分析兩種冷卻系統，計算機房空調(CRAC)冷卻系統和空氣側節能器(ASE)。基于這兩種不同的冷卻系統，作者在全球范圍內選擇了位于四處不同城市選址地理位置的數據中心進行了對比。文中還采用了包括諸如電力使用效率(PUE)、制冷系數(COP，Coefficient Of Performance)和冷卻器采用運行小時數在內的許多種能效指標來對數據中心的冷卻進行了深入的探索。通過分析冷卻器采用運行時長和節能器的采用運行時長的比較，得出兩種不同的冷卻系統所提供的冷卻功率成果。結果表明，在不同的氣候因素、能源價格和冷卻技術條件下，冷卻效率和運行成本差異很大。而有鑒于氣候條件是影響空氣側節能器的主要因素，因此在寒冷氣候下使用空氣側節能器可以大大降低數據中心的能耗和運行成本。
