數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，總體設(shè)計是依據(jù)建設(shè)需求、法律法規(guī)、工程標準，運用新一代數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念以及可實現(xiàn)技術(shù)，確定數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體思路、總體構(gòu)架和技術(shù)策略，以實現(xiàn)建設(shè)目標包括節(jié)能目標。
1有關(guān)節(jié)能的法規(guī)和規(guī)范
節(jié)約資源是我國的基本國策。近年來，國家就節(jié)約資源特別是節(jié)約能源頒布了一系列的法規(guī)和規(guī)范，如：《中華人民共和國節(jié)約能源法》(2007年人大第三十次會議修訂)、《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50411-2007;《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2004等。
節(jié)能是指加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。
《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005的頒布執(zhí)行，明確了公共建筑能耗主要體現(xiàn)在建筑圍護結(jié)構(gòu)以及采暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明能源消耗，明確了將改善建筑物的圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設(shè)備效率。在保證相同的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)條件下，采用符合標準的建筑節(jié)能設(shè)計的建筑與沒有采取節(jié)能措施的建筑相比，全年總能耗應(yīng)減少50%，其中：圍護結(jié)構(gòu)分擔(dān)節(jié)能率約25%～13%;空調(diào)采暖系統(tǒng)分擔(dān)節(jié)能率約20%～16%;照明設(shè)備分擔(dān)節(jié)能率約7%～18%。由此可見，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》節(jié)能的目標要求，節(jié)能的潛力和效果是極為顯著。國家《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》是現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計主要依據(jù)和準則。
2數(shù)據(jù)中心的特征特點
數(shù)據(jù)中心通常是指在一個物理空間內(nèi)(可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理，而計算機設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、存儲設(shè)備等通常被認為是數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施是指為確保數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運行而建設(shè)配套的基礎(chǔ)工程(機房工程)，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)首要目的是為數(shù)據(jù)中心中的IT關(guān)鍵設(shè)備運營管理和數(shù)據(jù)信息安全，提供24×7的保障環(huán)境。
在數(shù)據(jù)中心中，為了業(yè)務(wù)與信息的處理要求，IT關(guān)鍵設(shè)備通常需要進行24×7的運行，IT關(guān)鍵設(shè)備的運行，消耗大量的電能，產(chǎn)生出大量的熱量，為了保持IT關(guān)鍵設(shè)備運行在規(guī)定的環(huán)境要求范圍內(nèi)，又需要通過基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備(精密空調(diào)設(shè)備)的運行，來維持IT關(guān)鍵設(shè)備對(溫度濕度)環(huán)境的要求，這時，精密空調(diào)設(shè)備制冷又消耗了大量的電能。同時，數(shù)據(jù)中心被安置在一個建筑物內(nèi)，圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，也直接影響著室內(nèi)環(huán)境的(溫度、濕度)狀況。另外，運營與維護過程的管理有效性，也是影響數(shù)據(jù)中心能耗的一個方面。
數(shù)據(jù)中心的節(jié)能是近年來逐漸被各方所越來越重視的一個事項，也是一個符合國情要求的重要發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，相對于其他能源種類而言，主要是體現(xiàn)在電能的節(jié)約和利用上。
3總體設(shè)計的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，總體設(shè)計是依據(jù)建設(shè)需求、法律法規(guī)、工程標準，運用新一代數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念以及可實現(xiàn)技術(shù)，確定數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體思路、總體構(gòu)架和技術(shù)策略，以實現(xiàn)建設(shè)目標包括節(jié)能目標。
數(shù)據(jù)中心建設(shè)在總體設(shè)計中，主要從總體擁有成本、總體空間規(guī)劃、合理氣流組織、系統(tǒng)融合構(gòu)建等方面考慮節(jié)能途徑與節(jié)能措施。
數(shù)據(jù)中心的建設(shè)作為一項工程，其建設(shè)需要投資，運營也需要費用。數(shù)據(jù)中心建設(shè)工程的總體擁有成本包含從建設(shè)期到運營期的總體成本，包括：設(shè)施建設(shè)成本、設(shè)備系統(tǒng)成本、軟件系統(tǒng)成本、維修維護成本、日常運營成本、人力資源成本等。而在現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心日常運營成本(主要是能耗成本)占總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下，數(shù)據(jù)中心的總體設(shè)計更需要關(guān)注工程先期設(shè)計的合理性和適用性，充分地考慮如何在建設(shè)期和運營期，降低數(shù)據(jù)中心的日常運營成本——能耗成本，即降低數(shù)據(jù)中心的總體擁有成本，以提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟效用比。
數(shù)據(jù)中心可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分，包括主機房、支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)。數(shù)據(jù)中心合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是依據(jù)建設(shè)需求進行總體設(shè)計的第一步，也是重要的一步，總體規(guī)劃確定數(shù)據(jù)中心的等級規(guī)模和系統(tǒng)構(gòu)成，空間與平面布局確定機房的場地的分隔、工作的流程以及建設(shè)的工藝。現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積(架高、凈高、層高)、人機區(qū)域分離、區(qū)域集中監(jiān)控等，都是新一代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局所崇尚的設(shè)計理念與節(jié)能策略。
數(shù)據(jù)中心平面布局中，主機房內(nèi)各IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域用房應(yīng)集中布置，其他支持區(qū)和輔助房室內(nèi)溫、濕度要求相近的房間，宜相鄰布置。在數(shù)據(jù)中心IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域布置中，應(yīng)根據(jù)IT關(guān)鍵設(shè)備種類、系統(tǒng)成組特性、設(shè)備的發(fā)熱量、機柜設(shè)備布置密度、設(shè)備與機柜冷卻方式等，合理地考慮機房區(qū)域、機柜列組、機柜內(nèi)部這三個層面的精密空調(diào)設(shè)備制冷的氣流組織。包括空調(diào)設(shè)備的位置布置、送回風(fēng)方式、送風(fēng)口設(shè)置、回風(fēng)口設(shè)置等。采用“冷端”與“熱端”的送回風(fēng)通道、平衡和散列高密度機柜中的設(shè)備布置等是主要的氣流組織節(jié)能策略。
由總體規(guī)劃、空間與平面布局的建設(shè)設(shè)計，到動力配電、暖通空調(diào)關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計，再到其他配套系統(tǒng)的設(shè)計。需要考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)間的融合構(gòu)建(適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)集成)，這樣能夠提高數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體性能和綜合效能。
4建筑的節(jié)能途徑與措施
通常數(shù)據(jù)中心作為一個建筑單體(為少數(shù)，如：IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心)或公共建筑中的一部份(為多數(shù)，占公共建筑物中的一個局部區(qū)域)的形式構(gòu)建。在數(shù)據(jù)中心中，通過精密空調(diào)設(shè)備的運行來確保IT關(guān)鍵設(shè)備運行需要特定的溫濕度環(huán)境，所以，數(shù)據(jù)中心建筑物的建筑護圍的熱工特性是影響精密空調(diào)設(shè)備效能的重要因素，是節(jié)能的重點關(guān)注對象。
圍護結(jié)構(gòu)是指建筑物各面的圍擋物，如墻體、屋面、地面和門窗等。圍護結(jié)構(gòu)分非透光圍護結(jié)構(gòu)(墻體、屋面、地面)與透光圍護結(jié)構(gòu)(玻璃門窗、玻璃幕墻)。熱橋是指圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)在溫差作用下，形成熱流密集的傳熱部位。
通常，表征建筑物圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的有下列幾個指標：
(1)傳熱系數(shù)(K)：在穩(wěn)態(tài)條件下，圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度差為1℃，單位時間內(nèi)通過1m2面積傳遞的熱量。單位：W/m2℃。它是表征圍護結(jié)構(gòu)傳遞熱量能力的指標。K值越小，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好。
(2)熱惰性指標(D)：表征圍護結(jié)構(gòu)對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標，其值等于材料層熱阻與蓄熱系數(shù)的乘積。D=S×R，其中S為材料蓄熱系數(shù)W/m2K，R為材料熱阻m2K/W。D值越大，溫度波在其中的衰減越快，圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性越好，越有利于節(jié)能。
(3)遮陽系數(shù)(SC)：實際透過窗玻璃的太陽輻射得熱與透過3mm透明玻璃的太陽輻射得熱之比值。它是表征窗戶透光系統(tǒng)遮陽性能的無量綱指標，其值在0～1范圍內(nèi)變化。SC越小，通過窗戶透光系統(tǒng)的太陽輻射得熱量越小，其遮陽性能越好。
(4)窗墻面積比(W/W)：窗戶洞口面積與其所在外立面面積的比值。一般說來，窗墻面積比越大，建筑物的能耗也越大。
我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常大，全國劃分為五個氣候區(qū)：嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)到溫和地區(qū)。建筑節(jié)能對不同氣候區(qū)域的建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱要求有著不同的規(guī)定。
如：華東三省一市(江蘇、浙江、安徽、上海)大部分屬于夏熱冬冷地區(qū)(除江蘇省淮陰市以北)，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》，該地區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)(K)要求：屋面≤0.70;外墻及底面架空或外挑樓板≤1.0;外窗(包括透明幕墻，窗墻面積比≤0.7)≤2.5～4.7;遮陽系數(shù)限值≤0.40～0.55。
根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的室內(nèi)(一般房間)計算參數(shù)(主要是用來作為計算能耗的基礎(chǔ)依據(jù))為，冬季：溫度20℃;風(fēng)速0.10≤v≤0.20m/s;相對濕度30%～65 %。夏季：溫度25℃;風(fēng)速0.15≤v≤0.30 m/s;相對濕度40%～65%。
而對于建筑物內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，其機房區(qū)域的環(huán)境溫度和濕度是基于設(shè)備環(huán)境要求和機房設(shè)計標準的，也就是通常需要在符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的前提下，加強對數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域進行建筑熱工復(fù)合計算和設(shè)計處理(主要是因為計算的溫度依據(jù)點不同以及焓值不同)。
嚴格遵循與執(zhí)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》等國家的有關(guān)標準規(guī)范進行建筑設(shè)計，是確保數(shù)據(jù)中心建設(shè)實現(xiàn)公共節(jié)能要求的基本途徑與措施。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在五個氣候區(qū)的外部環(huán)境;數(shù)據(jù)中心所在建筑物內(nèi)的區(qū)域位置內(nèi)外部環(huán)境;以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)各功能區(qū)域用房相鄰布局的內(nèi)部環(huán)境，對IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域用房需要加強措施，合理計算保溫隔熱等的熱工參數(shù)，選擇適宜的圍護結(jié)構(gòu)與材料。
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中與建筑熱工有關(guān)的節(jié)能途徑與節(jié)能措施主要關(guān)注圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)墻保溫、保溫材料、六方體圍護、熱橋處理、無窗密閉護圍等幾個方面。
對于圍護結(jié)構(gòu)需采用復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝，在墻體主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一層或幾層復(fù)合的絕熱保溫材料來改善整個墻體的熱工性能。復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝根據(jù)保溫材料在墻體中的位置分為：內(nèi)保溫、中保溫、組合保溫和外保溫四種。在工程實踐中，內(nèi)墻保溫是數(shù)據(jù)中心建設(shè)最常用的一種形式，主要是因為另外幾種保溫工藝是要在建筑與結(jié)構(gòu)先前設(shè)計的時候就要確定的，需與主體工程同步實施，除非是少數(shù)IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心為整個一個建筑單體的工程;多數(shù)數(shù)據(jù)中心只是占用公共建筑物中的一個局部區(qū)域，而且，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)工程不與土建設(shè)計同步，通常在主體工程完成后，在后期(如：裝飾裝修工程階段)才進入設(shè)計施工。所以除內(nèi)墻保溫工藝外，另外幾種保溫工藝比較難以實現(xiàn)。內(nèi)墻保溫墻體通常采用高效的保溫材料與主墻體之間進行復(fù)合，施工工藝相對簡單。
在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的工程實踐中，通常采用的保溫材料有：礦巖棉、聚苯板、聚氨酯、石膏板等。選用的保溫材料傳熱系數(shù)(K)值越小或熱惰性指標(D)值越大，則對圍護結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好，越有利于節(jié)能。
在可能的條件下，使用傳熱系數(shù)(K)值小的絕熱材料。對頂、地、墻的六方體進行絕熱，以減少圍護結(jié)構(gòu)四周的傳熱系數(shù)，整體將數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域包裹起來，以可達到較好的密閉保溫節(jié)能效果。
由于圍護結(jié)構(gòu)中，窗過梁、圈梁、鋼筋混凝土抗震柱、鋼筋混凝土剪力墻、梁、柱等部位的傳熱系數(shù)遠大于主體部位的傳熱系數(shù)，形成熱流密集通道，即為熱橋。對熱橋部位均應(yīng)進行保溫處理，以保證熱橋部位的內(nèi)表面溫度在室內(nèi)空氣設(shè)計溫、濕度條件下不低于露點溫度。降低圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的溫差作用，消除熱橋效應(yīng)，減少外界自然環(huán)境對建筑室內(nèi)環(huán)境的傳熱影響，減少圍護結(jié)構(gòu)熱橋部位的傳熱損失。
現(xiàn)行流行對數(shù)據(jù)中心的主機房區(qū)域采用無窗密閉護圍，以避免和減少進入室內(nèi)的太陽輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱，也是降低空調(diào)能耗的途徑和措施。對原采用幕墻的主機房區(qū)域應(yīng)充分利用幕墻面板背后的空間，采用高效、耐久的保溫材料進行保溫。對數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)采用有窗玻璃護圍時，應(yīng)該控制建筑朝向及窗墻面積比，采用雙層玻璃窗或low-e玻璃(幕墻)，并輔助采用遮陽設(shè)施(外遮陽、內(nèi)遮陽等)來減少太陽輻射量。
5空調(diào)照明的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，涉及建筑節(jié)能的主要對象為空調(diào)與照明。注：供配電系統(tǒng)及IT關(guān)鍵設(shè)備的節(jié)能劃歸在電氣專項節(jié)能技術(shù)措施中(本文不作延伸討論)。
在數(shù)據(jù)中心中，為了滿足數(shù)據(jù)中心工藝要求，空調(diào)通常是指機房工程中特定專用的精密空調(diào)設(shè)備。
精密空調(diào)設(shè)備的主要節(jié)能途徑與節(jié)能措施為：制冷負荷計算、合理設(shè)定參數(shù)、送回風(fēng)方式、選用高能效比設(shè)備、冷熱風(fēng)預(yù)處理、動態(tài)組合運營等。
精確地計算數(shù)據(jù)中心中制冷負荷包括：機房內(nèi)設(shè)備的散熱、建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱、太陽輻射熱、人體散熱散濕、照明設(shè)備散熱、新風(fēng)負荷等。合理地控制數(shù)據(jù)中心區(qū)域內(nèi)的制冷參數(shù)(溫度濕度的設(shè)定)。據(jù)有關(guān)報道：制冷參數(shù)變化1°，可能會產(chǎn)生5%～10%能耗變化。高效率地設(shè)計和布置送回風(fēng)方式以及送風(fēng)與回風(fēng)通道。選用制冷性能系數(shù)(COP)、能效比(EER)高的空調(diào)設(shè)備，應(yīng)該高于在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005規(guī)定的建筑空調(diào)設(shè)備以及《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》GB 19413-2003規(guī)定的精密空調(diào)設(shè)備的最低能效比指標。采用冷熱預(yù)處理的新風(fēng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)剡M行空調(diào)設(shè)備組合配置，動態(tài)地提高制冷系統(tǒng)的效率。對大型數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)宜采用制冷性能系數(shù)(COP)、能效比(EER)高的冷水機組空調(diào)系統(tǒng)，冷源采用水冷方式。
照明系統(tǒng)的主要節(jié)能途徑與節(jié)能措施為：遵循照明功率密度的限制、選用高效節(jié)能器具、燈具組合控制、適當(dāng)?shù)乩锰烊还庠吹取?
在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005涉及照明系統(tǒng)的節(jié)能是依據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2004的，故照明系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)嚴格依據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》中，對數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域及相關(guān)區(qū)域所確定的(照度、照度均勻度等)照明指標(如：主機房500lx的要求)以及照明負荷功率密度(LPD)值(15W/m2的限制)進行照明設(shè)計配置。選擇高效節(jié)能型的光源、燈具及附件。進行有效的、靈活的、組合的照明控制系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)域適當(dāng)?shù)乩锰烊还庠础?
另外，現(xiàn)行采用數(shù)據(jù)中心機房的環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，對環(huán)境及空調(diào)設(shè)備、電氣設(shè)備、照明設(shè)備等進行顯示、記錄、控制、報警、趨勢分析和提示功能，動態(tài)地監(jiān)管和調(diào)節(jié)控制用能狀況，以先進的技術(shù)和有效的方式達到數(shù)據(jù)中心節(jié)約能耗的目的。
6結(jié)束語
數(shù)據(jù)中心由于其自身特點，在一個建筑中無疑是一個“能耗大戶”。在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005中是以建筑圍護結(jié)構(gòu)、采暖通風(fēng)空調(diào)和照明用能消耗為三個主要方面來考慮建筑節(jié)能的途徑與措施。本文結(jié)合該標準所涉及建筑節(jié)能的三個主要方面，并以數(shù)據(jù)中心建設(shè)的總體設(shè)計為先導(dǎo)，以改善建筑物的圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設(shè)備效率為節(jié)能目標，對數(shù)據(jù)中心建筑的有關(guān)節(jié)能途徑與措施進行了探討。在實際的工程實踐中，由于多種原因，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的總體設(shè)計環(huán)節(jié)和建筑熱工環(huán)節(jié)，對建筑節(jié)能的認識和響應(yīng)存在著一定的缺憾，為此，本文著重對這兩方面進行了探討，期望能夠就公共建筑節(jié)能以及數(shù)據(jù)中心專項工程的節(jié)能提供一些建議與參考。
1有關(guān)節(jié)能的法規(guī)和規(guī)范
節(jié)約資源是我國的基本國策。近年來，國家就節(jié)約資源特別是節(jié)約能源頒布了一系列的法規(guī)和規(guī)范，如：《中華人民共和國節(jié)約能源法》(2007年人大第三十次會議修訂)、《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50411-2007;《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2004等。
節(jié)能是指加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。
《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005的頒布執(zhí)行，明確了公共建筑能耗主要體現(xiàn)在建筑圍護結(jié)構(gòu)以及采暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明能源消耗，明確了將改善建筑物的圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設(shè)備效率。在保證相同的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)條件下，采用符合標準的建筑節(jié)能設(shè)計的建筑與沒有采取節(jié)能措施的建筑相比，全年總能耗應(yīng)減少50%，其中：圍護結(jié)構(gòu)分擔(dān)節(jié)能率約25%～13%;空調(diào)采暖系統(tǒng)分擔(dān)節(jié)能率約20%～16%;照明設(shè)備分擔(dān)節(jié)能率約7%～18%。由此可見，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》節(jié)能的目標要求，節(jié)能的潛力和效果是極為顯著。國家《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》是現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計主要依據(jù)和準則。
2數(shù)據(jù)中心的特征特點
數(shù)據(jù)中心通常是指在一個物理空間內(nèi)(可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理，而計算機設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、存儲設(shè)備等通常被認為是數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施是指為確保數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運行而建設(shè)配套的基礎(chǔ)工程(機房工程)，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)首要目的是為數(shù)據(jù)中心中的IT關(guān)鍵設(shè)備運營管理和數(shù)據(jù)信息安全，提供24×7的保障環(huán)境。
在數(shù)據(jù)中心中，為了業(yè)務(wù)與信息的處理要求，IT關(guān)鍵設(shè)備通常需要進行24×7的運行，IT關(guān)鍵設(shè)備的運行，消耗大量的電能，產(chǎn)生出大量的熱量，為了保持IT關(guān)鍵設(shè)備運行在規(guī)定的環(huán)境要求范圍內(nèi)，又需要通過基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備(精密空調(diào)設(shè)備)的運行，來維持IT關(guān)鍵設(shè)備對(溫度濕度)環(huán)境的要求，這時，精密空調(diào)設(shè)備制冷又消耗了大量的電能。同時，數(shù)據(jù)中心被安置在一個建筑物內(nèi)，圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，也直接影響著室內(nèi)環(huán)境的(溫度、濕度)狀況。另外，運營與維護過程的管理有效性，也是影響數(shù)據(jù)中心能耗的一個方面。
數(shù)據(jù)中心的節(jié)能是近年來逐漸被各方所越來越重視的一個事項，也是一個符合國情要求的重要發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，相對于其他能源種類而言，主要是體現(xiàn)在電能的節(jié)約和利用上。
3總體設(shè)計的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，總體設(shè)計是依據(jù)建設(shè)需求、法律法規(guī)、工程標準，運用新一代數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念以及可實現(xiàn)技術(shù)，確定數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體思路、總體構(gòu)架和技術(shù)策略，以實現(xiàn)建設(shè)目標包括節(jié)能目標。
數(shù)據(jù)中心建設(shè)在總體設(shè)計中，主要從總體擁有成本、總體空間規(guī)劃、合理氣流組織、系統(tǒng)融合構(gòu)建等方面考慮節(jié)能途徑與節(jié)能措施。
數(shù)據(jù)中心的建設(shè)作為一項工程，其建設(shè)需要投資，運營也需要費用。數(shù)據(jù)中心建設(shè)工程的總體擁有成本包含從建設(shè)期到運營期的總體成本，包括：設(shè)施建設(shè)成本、設(shè)備系統(tǒng)成本、軟件系統(tǒng)成本、維修維護成本、日常運營成本、人力資源成本等。而在現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心日常運營成本(主要是能耗成本)占總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下，數(shù)據(jù)中心的總體設(shè)計更需要關(guān)注工程先期設(shè)計的合理性和適用性，充分地考慮如何在建設(shè)期和運營期，降低數(shù)據(jù)中心的日常運營成本——能耗成本，即降低數(shù)據(jù)中心的總體擁有成本，以提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟效用比。
數(shù)據(jù)中心可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分，包括主機房、支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)。數(shù)據(jù)中心合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是依據(jù)建設(shè)需求進行總體設(shè)計的第一步，也是重要的一步，總體規(guī)劃確定數(shù)據(jù)中心的等級規(guī)模和系統(tǒng)構(gòu)成，空間與平面布局確定機房的場地的分隔、工作的流程以及建設(shè)的工藝。現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積(架高、凈高、層高)、人機區(qū)域分離、區(qū)域集中監(jiān)控等，都是新一代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局所崇尚的設(shè)計理念與節(jié)能策略。
數(shù)據(jù)中心平面布局中，主機房內(nèi)各IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域用房應(yīng)集中布置，其他支持區(qū)和輔助房室內(nèi)溫、濕度要求相近的房間，宜相鄰布置。在數(shù)據(jù)中心IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域布置中，應(yīng)根據(jù)IT關(guān)鍵設(shè)備種類、系統(tǒng)成組特性、設(shè)備的發(fā)熱量、機柜設(shè)備布置密度、設(shè)備與機柜冷卻方式等，合理地考慮機房區(qū)域、機柜列組、機柜內(nèi)部這三個層面的精密空調(diào)設(shè)備制冷的氣流組織。包括空調(diào)設(shè)備的位置布置、送回風(fēng)方式、送風(fēng)口設(shè)置、回風(fēng)口設(shè)置等。采用“冷端”與“熱端”的送回風(fēng)通道、平衡和散列高密度機柜中的設(shè)備布置等是主要的氣流組織節(jié)能策略。
由總體規(guī)劃、空間與平面布局的建設(shè)設(shè)計，到動力配電、暖通空調(diào)關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計，再到其他配套系統(tǒng)的設(shè)計。需要考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)間的融合構(gòu)建(適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)集成)，這樣能夠提高數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體性能和綜合效能。
4建筑的節(jié)能途徑與措施
通常數(shù)據(jù)中心作為一個建筑單體(為少數(shù)，如：IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心)或公共建筑中的一部份(為多數(shù)，占公共建筑物中的一個局部區(qū)域)的形式構(gòu)建。在數(shù)據(jù)中心中，通過精密空調(diào)設(shè)備的運行來確保IT關(guān)鍵設(shè)備運行需要特定的溫濕度環(huán)境，所以，數(shù)據(jù)中心建筑物的建筑護圍的熱工特性是影響精密空調(diào)設(shè)備效能的重要因素，是節(jié)能的重點關(guān)注對象。
圍護結(jié)構(gòu)是指建筑物各面的圍擋物，如墻體、屋面、地面和門窗等。圍護結(jié)構(gòu)分非透光圍護結(jié)構(gòu)(墻體、屋面、地面)與透光圍護結(jié)構(gòu)(玻璃門窗、玻璃幕墻)。熱橋是指圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)在溫差作用下，形成熱流密集的傳熱部位。
通常，表征建筑物圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的有下列幾個指標：
(1)傳熱系數(shù)(K)：在穩(wěn)態(tài)條件下，圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度差為1℃，單位時間內(nèi)通過1m2面積傳遞的熱量。單位：W/m2℃。它是表征圍護結(jié)構(gòu)傳遞熱量能力的指標。K值越小，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好。
(2)熱惰性指標(D)：表征圍護結(jié)構(gòu)對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標，其值等于材料層熱阻與蓄熱系數(shù)的乘積。D=S×R，其中S為材料蓄熱系數(shù)W/m2K，R為材料熱阻m2K/W。D值越大，溫度波在其中的衰減越快，圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性越好，越有利于節(jié)能。
(3)遮陽系數(shù)(SC)：實際透過窗玻璃的太陽輻射得熱與透過3mm透明玻璃的太陽輻射得熱之比值。它是表征窗戶透光系統(tǒng)遮陽性能的無量綱指標，其值在0～1范圍內(nèi)變化。SC越小，通過窗戶透光系統(tǒng)的太陽輻射得熱量越小，其遮陽性能越好。
(4)窗墻面積比(W/W)：窗戶洞口面積與其所在外立面面積的比值。一般說來，窗墻面積比越大，建筑物的能耗也越大。
我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常大，全國劃分為五個氣候區(qū)：嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)到溫和地區(qū)。建筑節(jié)能對不同氣候區(qū)域的建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱要求有著不同的規(guī)定。
如：華東三省一市(江蘇、浙江、安徽、上海)大部分屬于夏熱冬冷地區(qū)(除江蘇省淮陰市以北)，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》，該地區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)(K)要求：屋面≤0.70;外墻及底面架空或外挑樓板≤1.0;外窗(包括透明幕墻，窗墻面積比≤0.7)≤2.5～4.7;遮陽系數(shù)限值≤0.40～0.55。
根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的室內(nèi)(一般房間)計算參數(shù)(主要是用來作為計算能耗的基礎(chǔ)依據(jù))為，冬季：溫度20℃;風(fēng)速0.10≤v≤0.20m/s;相對濕度30%～65 %。夏季：溫度25℃;風(fēng)速0.15≤v≤0.30 m/s;相對濕度40%～65%。
而對于建筑物內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，其機房區(qū)域的環(huán)境溫度和濕度是基于設(shè)備環(huán)境要求和機房設(shè)計標準的，也就是通常需要在符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的前提下，加強對數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域進行建筑熱工復(fù)合計算和設(shè)計處理(主要是因為計算的溫度依據(jù)點不同以及焓值不同)。
嚴格遵循與執(zhí)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》等國家的有關(guān)標準規(guī)范進行建筑設(shè)計，是確保數(shù)據(jù)中心建設(shè)實現(xiàn)公共節(jié)能要求的基本途徑與措施。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在五個氣候區(qū)的外部環(huán)境;數(shù)據(jù)中心所在建筑物內(nèi)的區(qū)域位置內(nèi)外部環(huán)境;以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)各功能區(qū)域用房相鄰布局的內(nèi)部環(huán)境，對IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域用房需要加強措施，合理計算保溫隔熱等的熱工參數(shù)，選擇適宜的圍護結(jié)構(gòu)與材料。
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中與建筑熱工有關(guān)的節(jié)能途徑與節(jié)能措施主要關(guān)注圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)墻保溫、保溫材料、六方體圍護、熱橋處理、無窗密閉護圍等幾個方面。
對于圍護結(jié)構(gòu)需采用復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝，在墻體主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一層或幾層復(fù)合的絕熱保溫材料來改善整個墻體的熱工性能。復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝根據(jù)保溫材料在墻體中的位置分為：內(nèi)保溫、中保溫、組合保溫和外保溫四種。在工程實踐中，內(nèi)墻保溫是數(shù)據(jù)中心建設(shè)最常用的一種形式，主要是因為另外幾種保溫工藝是要在建筑與結(jié)構(gòu)先前設(shè)計的時候就要確定的，需與主體工程同步實施，除非是少數(shù)IDC或大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心為整個一個建筑單體的工程;多數(shù)數(shù)據(jù)中心只是占用公共建筑物中的一個局部區(qū)域，而且，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)工程不與土建設(shè)計同步，通常在主體工程完成后，在后期(如：裝飾裝修工程階段)才進入設(shè)計施工。所以除內(nèi)墻保溫工藝外，另外幾種保溫工藝比較難以實現(xiàn)。內(nèi)墻保溫墻體通常采用高效的保溫材料與主墻體之間進行復(fù)合，施工工藝相對簡單。
在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的工程實踐中，通常采用的保溫材料有：礦巖棉、聚苯板、聚氨酯、石膏板等。選用的保溫材料傳熱系數(shù)(K)值越小或熱惰性指標(D)值越大，則對圍護結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好，越有利于節(jié)能。
在可能的條件下，使用傳熱系數(shù)(K)值小的絕熱材料。對頂、地、墻的六方體進行絕熱，以減少圍護結(jié)構(gòu)四周的傳熱系數(shù)，整體將數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域包裹起來，以可達到較好的密閉保溫節(jié)能效果。
由于圍護結(jié)構(gòu)中，窗過梁、圈梁、鋼筋混凝土抗震柱、鋼筋混凝土剪力墻、梁、柱等部位的傳熱系數(shù)遠大于主體部位的傳熱系數(shù)，形成熱流密集通道，即為熱橋。對熱橋部位均應(yīng)進行保溫處理，以保證熱橋部位的內(nèi)表面溫度在室內(nèi)空氣設(shè)計溫、濕度條件下不低于露點溫度。降低圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的溫差作用，消除熱橋效應(yīng)，減少外界自然環(huán)境對建筑室內(nèi)環(huán)境的傳熱影響，減少圍護結(jié)構(gòu)熱橋部位的傳熱損失。
現(xiàn)行流行對數(shù)據(jù)中心的主機房區(qū)域采用無窗密閉護圍，以避免和減少進入室內(nèi)的太陽輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱，也是降低空調(diào)能耗的途徑和措施。對原采用幕墻的主機房區(qū)域應(yīng)充分利用幕墻面板背后的空間，采用高效、耐久的保溫材料進行保溫。對數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)采用有窗玻璃護圍時，應(yīng)該控制建筑朝向及窗墻面積比，采用雙層玻璃窗或low-e玻璃(幕墻)，并輔助采用遮陽設(shè)施(外遮陽、內(nèi)遮陽等)來減少太陽輻射量。
5空調(diào)照明的節(jié)能途徑與措施
數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，涉及建筑節(jié)能的主要對象為空調(diào)與照明。注：供配電系統(tǒng)及IT關(guān)鍵設(shè)備的節(jié)能劃歸在電氣專項節(jié)能技術(shù)措施中(本文不作延伸討論)。
在數(shù)據(jù)中心中，為了滿足數(shù)據(jù)中心工藝要求，空調(diào)通常是指機房工程中特定專用的精密空調(diào)設(shè)備。
精密空調(diào)設(shè)備的主要節(jié)能途徑與節(jié)能措施為：制冷負荷計算、合理設(shè)定參數(shù)、送回風(fēng)方式、選用高能效比設(shè)備、冷熱風(fēng)預(yù)處理、動態(tài)組合運營等。
精確地計算數(shù)據(jù)中心中制冷負荷包括：機房內(nèi)設(shè)備的散熱、建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱、太陽輻射熱、人體散熱散濕、照明設(shè)備散熱、新風(fēng)負荷等。合理地控制數(shù)據(jù)中心區(qū)域內(nèi)的制冷參數(shù)(溫度濕度的設(shè)定)。據(jù)有關(guān)報道：制冷參數(shù)變化1°，可能會產(chǎn)生5%～10%能耗變化。高效率地設(shè)計和布置送回風(fēng)方式以及送風(fēng)與回風(fēng)通道。選用制冷性能系數(shù)(COP)、能效比(EER)高的空調(diào)設(shè)備，應(yīng)該高于在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005規(guī)定的建筑空調(diào)設(shè)備以及《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》GB 19413-2003規(guī)定的精密空調(diào)設(shè)備的最低能效比指標。采用冷熱預(yù)處理的新風(fēng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)剡M行空調(diào)設(shè)備組合配置，動態(tài)地提高制冷系統(tǒng)的效率。對大型數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)宜采用制冷性能系數(shù)(COP)、能效比(EER)高的冷水機組空調(diào)系統(tǒng)，冷源采用水冷方式。
照明系統(tǒng)的主要節(jié)能途徑與節(jié)能措施為：遵循照明功率密度的限制、選用高效節(jié)能器具、燈具組合控制、適當(dāng)?shù)乩锰烊还庠吹取?
在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005涉及照明系統(tǒng)的節(jié)能是依據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2004的，故照明系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)嚴格依據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》中，對數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域及相關(guān)區(qū)域所確定的(照度、照度均勻度等)照明指標(如：主機房500lx的要求)以及照明負荷功率密度(LPD)值(15W/m2的限制)進行照明設(shè)計配置。選擇高效節(jié)能型的光源、燈具及附件。進行有效的、靈活的、組合的照明控制系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)域適當(dāng)?shù)乩锰烊还庠础?
另外，現(xiàn)行采用數(shù)據(jù)中心機房的環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，對環(huán)境及空調(diào)設(shè)備、電氣設(shè)備、照明設(shè)備等進行顯示、記錄、控制、報警、趨勢分析和提示功能，動態(tài)地監(jiān)管和調(diào)節(jié)控制用能狀況，以先進的技術(shù)和有效的方式達到數(shù)據(jù)中心節(jié)約能耗的目的。
6結(jié)束語
數(shù)據(jù)中心由于其自身特點，在一個建筑中無疑是一個“能耗大戶”。在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005中是以建筑圍護結(jié)構(gòu)、采暖通風(fēng)空調(diào)和照明用能消耗為三個主要方面來考慮建筑節(jié)能的途徑與措施。本文結(jié)合該標準所涉及建筑節(jié)能的三個主要方面，并以數(shù)據(jù)中心建設(shè)的總體設(shè)計為先導(dǎo)，以改善建筑物的圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱等的熱工性能;提高采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備系統(tǒng)的能效比;增進照明的設(shè)備效率為節(jié)能目標，對數(shù)據(jù)中心建筑的有關(guān)節(jié)能途徑與措施進行了探討。在實際的工程實踐中，由于多種原因，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的總體設(shè)計環(huán)節(jié)和建筑熱工環(huán)節(jié)，對建筑節(jié)能的認識和響應(yīng)存在著一定的缺憾，為此，本文著重對這兩方面進行了探討，期望能夠就公共建筑節(jié)能以及數(shù)據(jù)中心專項工程的節(jié)能提供一些建議與參考。
