ODCC：2023数据中心绿色设计白皮书_37页_1mb

数据中心绿色设计白皮书（ODCC-2023-02001）总结

1. 数据中心能耗现状和政策背景

• 全球发展：
  数据中心规模稳定增长，PUE（电能使用效率）总体缓慢下降，2021年全球平均PUE约1.57。互联网巨头通过新技术实现PUE趋近极限值。

• 国内发展：
  截至2022年底，中国数据中心机架规模超650万架，机柜年均复合增速超30%。2021年能耗总量1116亿千瓦时，碳排放超7000万吨。

• 政策与标准：
  国家层面提出2025年大型/超大型数据中心PUE降至1.3以下、国家枢纽节点降至1.25的目标。地方政策如北京、上海、广东等出台 stringent 能效标准，例如上海发布《数据中心能源消耗限额》强制性标准。

2. 绿色数据中心设计理念

• 定义：从设计源头综合考虑资源能效，实现资源成本最低、碳排放最少、环境影响最小。

• 层次结构：

  1. 单系统：IT、供配电、制冷、监控设备升级。
  2. 环境耦合：自然冷源和可再生能源应用。
  3. 系统耦合：IT与供配电/制冷系统协同优化。

• 设计原则与目标：
  坚持安全可靠、高效节能、绿色低碳；目标为满足PUE指标（如1.3以下），并预留10%余量。

3. 先进技术和方案

3.1 IT设备

• 高密度服务器：提升单位面积算力，降低建设和运维成本。
• 液冷服务器：对比传统风冷，液冷PUE更低，适用高功率场景（如AI、GPU）。分为冷板式、浸没式、喷淋式。
• 整机柜技术：集中供电、模块化池化，电源冗余减少20%以上。
• 高算力碳效服务器：服务器芯片选型兼顾单位算力碳排放。

3.2 供电系统

• 电力模块：深度融合降低节点数（如巴拿马架构），效率≥97.5%。
• 智能UPS：动态在线模式（99%效率）和AI预测性维护。
• HVDC系统：精简架构、高功率密度，替代传统UPS。

3.3 制冷系统

• 风冷系统：适用于低功率场景。
• 水冷系统：夏季高效，需配置冷却塔和水泵。
• 蒸发冷却：直接/间接模式，适用于洁净空气地区。
• 新型氟泵系统：结合热管和风冷，适合过渡季节节能。
• 液冷系统：浸没式/冷板式，可支撑30kW高密度部署。
• 余热回收：液冷系统热泵技术利用80%HCH，适合北方地区。

3.4 监控系统

• 数字孪生与AI优化：结合CFD仿真、负荷预测、模型训练，实现PUE自动化调优。
• 运维管理：动态调控空调EC风机、风量负载匹配等。

4. 优秀案例

• 腾讯仪征数据中心：设计PUE<1.25，HVDC+市电直供供电效率98%，间接蒸发冷却64%年利用率。
• 维谛广州数据中心：氟泵空调和UPS动态节能，实现全年CLF<0.11。
• 网宿&绿色云图上海数据中心：浸没式液冷实现100%自然冷却，设计PUE<1.1。
• 华为贵州数据中心：直通风AHU+AIiCooling调优，全年免费制冷。

5. 未来挑战

• 老旧数据中心：能效≥2.0，“粗放式”管理需升级。
• 新建部署：缺乏对气候/技术的综合优化。
• 监测系统缺失：多源系统不兼容，能耗数据不统一。
• 标准体系不足：全生命周期绿标尚未完善。

编写说明

白皮书由ODCC牵头编制，编制单位包含中国信息通信研究院、腾讯、华为等，项目经理张一星、杨硕。