来源：《制冷》2025年12月 第六期 文章编号:ISSN1005-9180(2025)06-0013-03

王群，蒋怡，张少峰，裴欢，廖霄

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州，510663)

[摘要] 课题组承接了广东省工业和信息化厅数据中心行业能效对标项目，对全省数据中心行业的能效分布现状进行了深人调查，从调研获得的能效分布数据，分析背后潜在的规律，并针对各类改造应用场景给出了具体解决方案。下一步计划选取典型场景的改造项目进行落地。[关键词] 数据中心;老旧机房;能效提升;应用场景

[中图分类号] TU831     [文献标志码]    A    doi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2025.06.0004

Analysis of Scene Transformation of Energy Efficiency Improvement inOld Computer Rooms of Data Center Industry in Guangdong Province

WANG Qun, JIANG Yi, ZHANG Shaofeng, PEI Huan, LIAO Xiao

(China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd., Guangzhou S10663, Guangdong)

Abstract: The research group has undertaken the energy efficiency benchmarking project of the data center industry in Guangdong Province. It has conducted in-depth investigations on the current status of energy efficiency distribution in the data center industry in the province. Based on the energy efficiency distribution data obtained from the research, the potential laws behind them are analyzed, and specific solutions are given for various transfornation application scenarios.

Key words: Data Center; Old Computer Room; Energy Efficiency Improvement; Application Scenario

截至2023年上半年统计，全省已经投产使用的数据中心数量约310个。其中，超大型数据中心占1%，大型数据中心占20%，中小型数据中心占79%。规划在建的机架数量约18.5万个，已投产的机架数量约11.6万个(折合标准机架数21.8万个，合计功率545兆瓦)，在用的机架数量约7.2万个(折合标准机架数13.5万个，合计功率337兆瓦)，累计服务器数量超过86.4万台，数据存储量约25万TB，折合占地面积超过800亩，总投资额约700亿元。最早一批数据中心投产已经超过10年，受限于当时的政策和建造水平，数据中心老旧机房面临能耗过高、能效水平不达标、不符合现行政策监管要求。从全生命周期考虑，这些老旧机房尚未退出运行，因此探讨适度改造达到能效提升的路径是数据中心行业面临可持续发展的现实选择。

课题对广东省不同时期投产的数据中心尤其是老旧机房的现状进行了分析研究，探讨针对各类老旧机房的应用场景制定可落地的能效提升方案，使老旧机房在新的节能政策下继续发挥“老树新芽”的示范作用。

1 广东省数据中心老旧机房现状

1.1广东省数据中心调研情况

对全省数据中心行业能效现状进行了调研，共收集96份有效样本，覆盖互联网数据中心、运营商数据中心和政企数据中心。从运营投产时间来看，2012年之前投产的有7家，2012年~2018年间投产的有35家，2018年后投产的有54家。从调研数据可以推算全省投产于2018年之前的数据中心约占140家。

1.2 不同时期投产的数据中心运行现状

(1)2012年之前的投产的数据中心，受限于产业发展水平和当时国家节能政策监管要求，国家相关部门对数据中心的能耗未提出明确要求。在此期间投产的数据中心主要为运营商的通信机楼，主要特征是:变压器、UPS电源设备采用了高能耗的产品，机房空调采用定频设备、机柜气流未采用冷热隔离措施，这些规划理念已经不能承载当前高密服务器的运行要求，亟需进行整体能效提升。

(2)2012年~2018年之间投产的数据中心，最早期的一批互联网IDC云计算中心相继投产。02012年工信部发文要求新建大型数据中心PUE不得超过1.5。这期间投产的数据中心，大多采用3级能效变压器、(第一代)高频UPS电源，制冷系统采用定频离心冷水主机、供回水温12°C/~18°C，机房末端采用房间空调地板下送风或列间空调水平送风，机柜封闭通道、冷热隔离。这期间的数据中心规划理念能效水平较之前有所提升，但同样面临能效提升改造需求。

(3)2018年之后投产的数据中心，一方面受节能监管落地政策约束，这期间投产的数据中心能效水平有较大提升，各种利用自然冷却技术的空调系统、变频设备、一二级能效变压器、高频UPS/高压直流电源系统、一体化电源模块等先进的设备陆续获得应用，另一方面，GB-50174-2017版国标规范自2018年1月1日开始实施，新版国标规范在服务器进出口空气温度的定义与国际通行规程保持了同步，使得水冷空调系统主机进出水温度从原来的12°C/18°C调整到15 °C/21°C运行甚至达到18°C/24°C运行，这些变化促使数据中心整体能效水平获得较大的提升。目前，这一时期投产的数据中心暂无能效进一步提升的需求。

2 老旧机房能效提升改造的场景

2.1 场景1:定频空调设备升级为变频设备

老旧机房投产时，服务器机柜的功耗普遍分布在1~3kW，采用风冷定频空调设备作为核心制冷的方案居多。定频器件无法依据负荷实际需求进行调节，产生了极大的能耗浪费，整个机房的温度也呈现波浪起伏。如图2.1所示。定频空调变频改造方案是对压缩机、风机、膨胀阀、控制系统等进行全变频改造，将其变成采用先进技术的全变频空调，能耗大幅度降低。其核心节能原理在于:压缩机和风机的驱动部件均为电机，而电机的功率(P)与频率(n)的三次方成正比，可以用公式表示为:(实际频率/50HZ)=实际功率/额定功率。

图2-1变频空调与定频空调温度控制效果对比

2.2场景2:机柜气流组织不合理，气流紊乱、冷热不均、局部热点

如前文所述，老旧机房投产之初是为了解决1~3kW单机柜功耗的，当时没有封闭通道、气流冷热隔离的概念，机房内冷热气流混合运行。随着单机柜承载的功耗越高，气流紊乱、冷热不均、局部热点、能耗高现象越来越突出。见图2-2.1。老旧机房大多受限于层高的因素，因此封闭通道、冷热隔离的方案常结合列间空调实现水平精确送风。在冷热不均、局部热点的位置增设顶空调，并根据不同区域的需求进行精细化送风管理，实现精准送风、达到均匀的温度场。见图2-2.2。

图2-2.1气流组织混乱、冷热气流未隔离示例

图2-2.2多联置顶空调，解决局部热点示例

2.3 场景3:机房温度控制策略的优化方案

传统封闭通道机房，空调温度控制系统采用回风温度控制策略。温度控制是一个大时滞系统，传统温度负反馈系统只对结果作调节，不对造成温度波动的因素进行分析。这种控制方式比较粗糙，在能耗控制上有较大提升空间。

基于热电联动的前馈+负反馈温度控制系统策略如下:

1 机柜加减服务器时会造成机房局部温度出现较大波动，温度控制系统联动动环监控系统，直接获取相应机柜电功率参数，前馈控制提前量调节空调温度/风量，优化传统负反馈控制的能耗水平。

2新风风机启停时会造成机房温湿度出现较大波动，温度控制系统联动动环监控系统，前馈控制环节提前量调节空调温度/风量，优化传统负反馈控制的能耗水平。

3运维巡检等人员进出机房会造成机房局部温湿度出现波动，联动智能照明控制系统，前馈控制提前量调节空调温度/风量，优化传统负反馈控制的能耗水平。

4机房空调群控，根据全时温湿度探测器反馈结果，实施针对不同空调发出实时匹配的调节量，优化机房整体能耗水平。

图2-3带前馈控制环节的负反馈温度控制系统原理图

2.4 场景4:电力扩容、风冷空调改水冷空调、业务搬迁等复杂工程

老旧机房改造面临的主要问题:

(1)电力容量不足，需要在原供电系统上扩容，变电站、UPS主机房、电池间、柴油发电机组等设备均面临扩容需求。对于安装位置受限的老旧机楼，预制式集装箱电力模组是满足电力扩容需求的比较可靠的解决方案，如图2-4.1预制式集装箱电力模组示例。

(2)制冷容量不足、能效水平过低。老旧机房多采用传统风冷空调，制冷容量和能效水平都受到制约。空调系统风冷改水冷是比较彻底的解决方案。风冷改水冷，需要解决空调制冷站、管路、冷却塔设备的安装，图2-4.2示出一种预制式集装箱集成冷站的解决方案，较好地解决了空调主机安装位置受限的难题。(3)机房整体改造，面临业务短期转移、不间断运行的要求，采用预制式业务方舱解决方案(见图2-4.3)，可以较好解决这些需求。

图2-4.1预制式集装箱电力模组示例

图2-4.2预制式集装箱集成冷站示例

图2-4.3预制式业务方舱示例

3 老旧机房能效提升改造场景的评价

前文梳理了老旧机房能效提升的5类改造场景，针对这些场景的评价结论如下表所示:

表3-1改造场景评价表

4 结尾

本文研究了老旧机房改造的各类应用场景，针对各类场景给出了相应的解决方案，明确了老旧机房能效提升改造的可行性，为今后实施能效提升改造工程落地进行了有效梳理和探索。

参考文献:

[1]中华人民共和国住房城乡建设部.数据中心设计规范:GB 50174一2017[S].北京:中国计划出版社,2017.

[2]国家市场监督管理总局.国家标准化管理委员会.数据中心能效限定值及能效等级:GB40879-2021[S].北京:中国标准出版社,2021.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家质量监督检疫总局.数据中心基础设施施工及验收规范:GB 50462-2015 [S].北京:中国计划出版社,2015.

[4]钟景华等.一代绿色数据中心的规划与设计[M].北京:电子出版社,2010.

[5]钟景华等.中国数据中心运维管理指南[M].北京:机械工业出版社,2016.