基于自然冷源應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心節(jié)能潛力研究

基于自然冷源應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心節(jié)能潛力研究隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心越來越成為現(xiàn)代社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。但與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心的能耗快速增長也引起了人們的擔(dān)憂。據(jù)預(yù)測，全球現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的能耗將在未來幾年內(nèi)超過3%的全球電力供給。如何降低數(shù)據(jù)中心的能耗成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)的熱門議題之一。其中，自然冷源應(yīng)用是一種廣受關(guān)注的新型節(jié)能技術(shù)。本文將對(duì)自然冷源應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心節(jié)能領(lǐng)域的潛力進(jìn)行研究。

一、自然冷源介紹

自然冷源，簡稱自然冷庫，是指地下、水體、冰川、地表土壤等自然界中的冷卻能源。自然冷源應(yīng)用在建筑、生產(chǎn)和服務(wù)等領(lǐng)域可以降低能耗、保證環(huán)境、提高工作效率和生產(chǎn)效率。

在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用自然冷源，不僅可以大大降低數(shù)據(jù)中心的能耗，也可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心的可靠性，改善數(shù)據(jù)中心的環(huán)境穩(wěn)定性。此外，自然冷源還可用于積累能量，緩解能源旺季用能高峰的壓力。

二、自然冷源應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心中的現(xiàn)狀

目前，歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始推廣自然冷源應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心之中。數(shù)據(jù)中心在這些國家的占比較高，而且從自然資源環(huán)保等方面考慮，利用自然冷源是十分可行的。

在北歐國家，由于氣候寒冷，天然水源和巖石含水層潛能巨大，這里的數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)用自然冷源幾乎已成為標(biāo)配。比如芬蘭三大主流數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供商，全部采用了自然冷源技術(shù)，其中最大的Verizon數(shù)據(jù)中心自然冷源利用率達(dá)到71%。

在美國，Google最早開創(chuàng)了在滿足嚴(yán)格服務(wù)要求的情況下配置基于自然冷源的數(shù)據(jù)中心。為了充分利用自然冷源，Google在位于奧勒岡州的數(shù)據(jù)中心采用了充分通風(fēng)和散熱的設(shè)計(jì)，把涼爽的空氣從三側(cè)引入機(jī)房，以避免數(shù)據(jù)中心過熱。

在亞洲，日本的電子巨頭富士通已在其日本和澳大利亞的數(shù)據(jù)中心推廣應(yīng)用自然冷源，富士通正在研究利用地下水和海水在多個(gè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用自然冷源。同時(shí)，中國的大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)正在逐步推廣自然冷源技術(shù)，將其應(yīng)用于高級(jí)超大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。

三、自然冷源應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心中的優(yōu)勢

1.節(jié)能減排

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)之中，空調(diào)設(shè)備是不可或缺的，它可以將機(jī)房內(nèi)部的熱能排放到機(jī)房外部維持機(jī)房內(nèi)的恒溫度，巨大的能耗和環(huán)境污染成為了無法避免的壓力。而如果利用自然冷源，冷卻源直接與冷卻的介質(zhì)相接，不僅可有效降低數(shù)據(jù)中心能耗，減少空氣熱量的傳輸消耗，同時(shí)也可以完全避免制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音等污染問題，有利于數(shù)據(jù)中心的開展和可持續(xù)發(fā)展。

2.提高可靠性

自然冷源可以使數(shù)據(jù)中心更具有可靠性。在自然冷源的儲(chǔ)存周期很長，而且隨著溫度變化而變化，這對(duì)于一般數(shù)據(jù)中心在夏季高溫期間的散熱是十分有益的。同時(shí)，利用自然冷源技術(shù)建造的數(shù)據(jù)中心在電力斷電的情況下，可以通過儲(chǔ)存下來的自然冷源維持機(jī)房溫度，保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.降低能耗成本

在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營過程中，占據(jù)較大比例的是空調(diào)機(jī)組的能耗。而若采用自然冷源技術(shù)，則可以全天候?qū)崿F(xiàn)50%-90%的能耗降低。以富士通日本數(shù)據(jù)中心為例，辦公區(qū)域的主要冷卻方式即采用了自然抽水式冷卻器，在一個(gè)房間內(nèi)采取通風(fēng)換氣的方式，通過冷水將機(jī)房內(nèi)冷卻，保證設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)，使得數(shù)據(jù)中心的能耗降低70%以上，大大降低了維護(hù)運(yùn)營成本。

四、自然冷源在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用難點(diǎn)

自然冷源技術(shù)雖然在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用效果顯著，但是也存在一定的應(yīng)用難度。其中主要包括兩個(gè)方面：技術(shù)難點(diǎn)和成本難點(diǎn)。

技術(shù)難點(diǎn)方面包括如何選擇和建造自然冷源的儲(chǔ)藏體，如何捕捉和利用自然冷源等問題，需要建筑、制冷等多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)人才和技術(shù)支持。

成本難點(diǎn)方面，則是需要考慮到，使用自然冷源的構(gòu)建存在一定的投資成本，建造、維護(hù)和運(yùn)行自然冷源系統(tǒng)都需要消耗資金，這是不可避免的。同時(shí)，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的初期，自然冷源的應(yīng)用是并不容易看到實(shí)質(zhì)性的收益，需要長時(shí)間的逐步摸索和實(shí)踐，才能真正發(fā)揮其價(jià)值。

五、結(jié)論

自然冷源技術(shù)是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心節(jié)能領(lǐng)域的一種熱門技術(shù)，其應(yīng)用可以大幅降低數(shù)據(jù)中心的能耗，在可靠性方面也具備很強(qiáng)的優(yōu)勢。然而其應(yīng)用仍需要考慮到技術(shù)和成本上的難點(diǎn)，需要相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)積極投入和探索，從而推進(jìn)自然冷源技術(shù)的應(yīng)用及其成熟，促進(jìn)能源的可持續(xù)利用，構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。隨著全球互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心在現(xiàn)代社會(huì)中的地位日益重要。而數(shù)據(jù)中心的快速增長也意味著其能耗和排放量的迅速增加，需要更加注重節(jié)能和環(huán)保。自然冷源是一種新型的節(jié)能技術(shù)，其應(yīng)用可以有效降低數(shù)據(jù)中心的能耗。本文將分析相關(guān)數(shù)據(jù)，探究自然冷源在數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的潛力。

一、全球數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)整合、處理、存儲(chǔ)和分發(fā)的中心，是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)國際數(shù)據(jù)公司（IDC）的最新預(yù)測，到2023年，全球數(shù)據(jù)中心投資將達(dá)到1740億美元。而在數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營的過程中，能耗是一個(gè)不可忽視的問題。

據(jù)國家發(fā)改委和中國國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《中國云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2019》，中國數(shù)據(jù)中心規(guī)模居全球第一，占全球數(shù)據(jù)中心總量的1/3。而據(jù)《2020年全球數(shù)據(jù)中心行業(yè)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，全球數(shù)據(jù)中心的能耗已經(jīng)占據(jù)了全球電力消耗的1.5%以上。而根據(jù)《2025全球數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)預(yù)測分析報(bào)告》顯示，全球數(shù)據(jù)中心的能耗將在未來幾年內(nèi)快速增長，預(yù)計(jì)在2025年將占據(jù)全球電力消耗的8%以上。

二、自然冷源在節(jié)能方面的潛力

自然冷源是指地下、水體、冰川、地表土壤等自然界中的冷卻能源。其利用可以幫助數(shù)據(jù)中心降低能耗，提高能源可持續(xù)利用和降低對(duì)環(huán)境的影響。目前，歐美和亞洲的一些國家和企業(yè)已經(jīng)開始在數(shù)據(jù)中心中采用自然冷源技術(shù)。

1.自然冷源在節(jié)能方面的潛力數(shù)據(jù)

據(jù)《2019年全球數(shù)據(jù)中心熱管理白皮書》顯示，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，空調(diào)設(shè)備是不可或缺的，在數(shù)據(jù)中心的能耗占據(jù)了很大的比例。而使用自然冷源技術(shù)，則可以全天候?qū)崿F(xiàn)50%-90%的能耗降低。這主要是由于自然冷源直接與冷卻的介質(zhì)相接，不需要通過空氣傳輸耗費(fèi)能源，從而有效地提高了數(shù)據(jù)中心的能效。

2.自然冷源的應(yīng)用效果

在自然冷源的應(yīng)用中，最好的例子就是位于芬蘭的Haminadatacenter。該數(shù)據(jù)中心采用了完全自然地運(yùn)行，不需要任何空調(diào)和機(jī)械冷卻技術(shù)，利用水中的冷能源來實(shí)現(xiàn)全年數(shù)據(jù)中心的制冷和供應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新讓該數(shù)據(jù)中心成為全球第一個(gè)完全使用自然冷源的數(shù)據(jù)中心。據(jù)悉，Hamina數(shù)據(jù)中心的能效接近PUE（能源使用效率）1，是純空調(diào)數(shù)據(jù)中心的能效的五分之一。

三、自然冷源應(yīng)用存在的挑戰(zhàn)

1.技術(shù)成本高昂

與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)方式相比，采用自然冷源技術(shù)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本會(huì)更高，因?yàn)樾枰M(jìn)行專業(yè)的設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備選型以及實(shí)施管理等方面。其中運(yùn)用自然冷源的構(gòu)建存在較高的投資成本，需要投入大量的資金。

2.運(yùn)維和管理困難

自然冷源技術(shù)的安裝和維護(hù)要求更高，金屬部件、水管和電氣設(shè)備等都需要專業(yè)人士進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。這會(huì)給自然冷源的管理帶來困難，需要專門的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和建立相關(guān)的管理體系。

3.地域性限制

自然冷源技術(shù)的應(yīng)用受到地域的限制，受氣候條件、水資源等因素影響較大。因此，在選擇應(yīng)用自然冷源技術(shù)的地區(qū)和場所時(shí)，需要考慮到這些因素，制定相應(yīng)的方案和計(jì)劃。

四、結(jié)論

自然冷源技術(shù)是目前應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心節(jié)能領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一，其應(yīng)用將帶來巨大的節(jié)能效益和環(huán)境效益。然而其應(yīng)用仍需要考慮到技術(shù)和成本上的挑戰(zhàn)，需要相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)積極投入和探索，從而推進(jìn)自然冷源技術(shù)的應(yīng)用及其成熟，促進(jìn)能源的可持續(xù)利用，構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，在進(jìn)行自然冷源技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，需要考慮到地域性限制和相應(yīng)的管理困難，才能真正實(shí)現(xiàn)其潛力的最大化。自然冷源技術(shù)是指利用地下、水體等自然資源中的低溫差冷卻源提供制冷服務(wù)的一種技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械制冷設(shè)備，利用自然冷源不僅能夠有效地減少數(shù)據(jù)中心能耗，還可以帶來更顯著的節(jié)能效果。為此，越來越多的數(shù)據(jù)中心開始采用自然冷源技術(shù)以提高數(shù)據(jù)中心的能效。本文將圍繞全球自然冷源在數(shù)據(jù)中心方面的應(yīng)用情況以及相關(guān)案例進(jìn)行研究分析，以期探討自然冷源技術(shù)在數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的潛力與現(xiàn)實(shí)問題。

一、全球自然冷源在數(shù)據(jù)中心方面的應(yīng)用情況

自然冷源在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用已經(jīng)開始逐步推廣，尤其是在歐美和北歐等地區(qū)，如芬蘭Hamina數(shù)據(jù)中心。在這些地區(qū)，天然資源豐富，如水、氣候等，自然冷源技術(shù)的應(yīng)用具有極大優(yōu)勢。自然冷源技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高數(shù)據(jù)中心的能效，降低用電成本，還能夠保護(hù)環(huán)境和生態(tài)穩(wěn)定。

歐洲數(shù)據(jù)中心是全球應(yīng)用自然冷源技術(shù)最為廣泛的地區(qū)之一。該地區(qū)以地形地貌、天氣等因素多變而聞名，并已經(jīng)采用自然冷源技術(shù)為數(shù)據(jù)中心提供制冷服務(wù)。例如，法國Orsay，荷蘭Telecity，英國London，北歐國家HaminaDataCenter等擁有自然冷源技術(shù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心，取得了優(yōu)異的節(jié)能效果。芬蘭的HaminaDataCenter因?yàn)橥耆捎米匀焕湓醇夹g(shù)投入運(yùn)行，沒有任何使用空調(diào)和機(jī)械冷卻設(shè)備，因此很少產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物排放和熱噪聲，是世界上第一個(gè)完全使用自然冷源技術(shù)的數(shù)據(jù)中心。

二、自然冷源技術(shù)的優(yōu)勢和潛力

1.環(huán)保和可持續(xù)性

自然冷源技術(shù)十分環(huán)保，與傳統(tǒng)機(jī)械制冷設(shè)備相比，其不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、頭孢等污染物。尤其是在氣候較為惡劣的北歐等地區(qū)，該技術(shù)能夠有效地利用天然資源，保護(hù)環(huán)境，降低碳排放量。

2.能耗低、節(jié)能效果顯著

自然冷源技術(shù)不需要耗費(fèi)額外能量，依靠天然冷能源來提供制冷服務(wù)，因此能耗極低。

自然冷源技術(shù)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的冷卻環(huán)節(jié)，能夠使數(shù)據(jù)中心的能耗降低50%-90%。某些最先進(jìn)的采用自然冷源技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，其能源效率達(dá)到了PUE值1以下，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的冷卻設(shè)備。

3.成本低，可持續(xù)經(jīng)營

自然冷源技術(shù)相較于其他傳統(tǒng)的冷卻方式成本更低，實(shí)現(xiàn)完全自然地冷卻，在具有足夠的天然冷源條件的地區(qū)，該成本可控且易于操作。符合現(xiàn)在所有公司關(guān)注的可持續(xù)經(jīng)營理念。

4.可水平擴(kuò)展

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，自然冷源是可以擴(kuò)展到水平規(guī)模的。在對(duì)于數(shù)據(jù)中心能耗增加等挑戰(zhàn)升級(jí)的情況下，資本市場對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營效能的要求也增加，只有擁有自己的冷卻設(shè)備并開發(fā)可持續(xù)的能源來源才能滿足這種業(yè)務(wù)和財(cái)務(wù)要求。

三、自然冷源技術(shù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

1.地理?xiàng)l件不適用

自然冷源技術(shù)的應(yīng)用在地理上受到一定的限制，適宜自然冷源技術(shù)應(yīng)用的區(qū)域受到氣候、水源等因素的影響。此外，其適用面較窄，有著一定的地域局限性。

2.建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一

自然冷源技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還沒得到統(tǒng)一，開通成本和技術(shù)的可行性需要進(jìn)行詳盡評(píng)估。目前在歐美地區(qū)，自然冷源應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的主要難點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)性和投入成本較高。

3.運(yùn)營和維護(hù)成本高

自然冷源技術(shù)在建設(shè)完成后運(yùn)營和維護(hù)方面的成本較高，需要維護(hù)專門的操作人員及設(shè)備，且在維護(hù)期間的停機(jī)維修時(shí)間也會(huì)帶來運(yùn)營壓力。

4.統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)不足

自然冷源技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還很混亂，不同國家的自然條件，施工環(huán)境等都需要符合不同的標(biāo)準(zhǔn)，形成標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的局面。

四、結(jié)論

自然冷源技術(shù)作為一項(xiàng)促進(jìn)數(shù)據(jù)中心能效、減少能耗