基于自然冷源应用的数据中心节能潜力研究

基于自然冷源应用的数据中心节能潜力研究随着互联网技术的发展，数据中心越来越成为现代社会科技和经济发展的重要支撑。但与此同时，数据中心的能耗快速增长也引起了人们的担忧。据预测，全球现有数据中心的能耗将在未来几年内超过3%的全球电力供给。如何降低数据中心的能耗成为当前业内的热门议题之一。其中，自然冷源应用是一种广受关注的新型节能技术。本文将对自然冷源应用在数据中心节能领域的潜力进行研究。

一、自然冷源介绍

自然冷源，简称自然冷库，是指地下、水体、冰川、地表土壤等自然界中的冷却能源。自然冷源应用在建筑、生产和服务等领域可以降低能耗、保证环境、提高工作效率和生产效率。

在数据中心中应用自然冷源，不仅可以大大降低数据中心的能耗，也可以增强数据中心的可靠性，改善数据中心的环境稳定性。此外，自然冷源还可用于积累能量，缓解能源旺季用能高峰的压力。

二、自然冷源应用在数据中心中的现状

目前，欧美发达国家已经开始推广自然冷源应用在数据中心之中。数据中心在这些国家的占比较高，而且从自然资源环保等方面考虑，利用自然冷源是十分可行的。

在北欧国家，由于气候寒冷，天然水源和岩石含水层潜能巨大，这里的数据中心建设应用自然冷源几乎已成为标配。比如芬兰三大主流数据中心服务提供商，全部采用了自然冷源技术，其中最大的Verizon数据中心自然冷源利用率达到71%。

在美国，Google最早开创了在满足严格服务要求的情况下配置基于自然冷源的数据中心。为了充分利用自然冷源，Google在位于奥勒冈州的数据中心采用了充分通风和散热的设计，把凉爽的空气从三侧引入机房，以避免数据中心过热。

在亚洲，日本的电子巨头富士通已在其日本和澳大利亚的数据中心推广应用自然冷源，富士通正在研究利用地下水和海水在多个数据中心应用自然冷源。同时，中国的大型互联网企业正在逐步推广自然冷源技术，将其应用于高级超大型数据中心的建设。

三、自然冷源应用在数据中心中的优势

1.节能减排

在传统的数据中心建设之中，空调设备是不可或缺的，它可以将机房内部的热能排放到机房外部维持机房内的恒温度，巨大的能耗和环境污染成为了无法避免的压力。而如果利用自然冷源，冷却源直接与冷却的介质相接，不仅可有效降低数据中心能耗，减少空气热量的传输消耗，同时也可以完全避免制冷机组运行时产生的噪音等污染问题，有利于数据中心的开展和可持续发展。

2.提高可靠性

自然冷源可以使数据中心更具有可靠性。在自然冷源的储存周期很长，而且随着温度变化而变化，这对于一般数据中心在夏季高温期间的散热是十分有益的。同时，利用自然冷源技术建造的数据中心在电力断电的情况下，可以通过储存下来的自然冷源维持机房温度，保持数据中心的不间断运转。

3.降低能耗成本

在数据中心的运营过程中，占据较大比例的是空调机组的能耗。而若采用自然冷源技术，则可以全天候实现50%-90%的能耗降低。以富士通日本数据中心为例，办公区域的主要冷却方式即采用了自然抽水式冷却器，在一个房间内采取通风换气的方式，通过冷水将机房内冷却，保证设备良好运转，使得数据中心的能耗降低70%以上，大大降低了维护运营成本。

四、自然冷源在数据中心中的应用难点

自然冷源技术虽然在数据中心中应用效果显著，但是也存在一定的应用难度。其中主要包括两个方面：技术难点和成本难点。

技术难点方面包括如何选择和建造自然冷源的储藏体，如何捕捉和利用自然冷源等问题，需要建筑、制冷等多个领域的专业人才和技术支持。

成本难点方面，则是需要考虑到，使用自然冷源的构建存在一定的投资成本，建造、维护和运行自然冷源系统都需要消耗资金，这是不可避免的。同时，在数据中心建设的初期，自然冷源的应用是并不容易看到实质性的收益，需要长时间的逐步摸索和实践，才能真正发挥其价值。

五、结论

自然冷源技术是当前数据中心节能领域的一种热门技术，其应用可以大幅降低数据中心的能耗，在可靠性方面也具备很强的优势。然而其应用仍需要考虑到技术和成本上的难点，需要相关企业和机构积极投入和探索，从而推进自然冷源技术的应用及其成熟，促进能源的可持续利用，构建资源节约型社会，实现可持续发展。随着全球互联网的迅猛发展，数据中心在现代社会中的地位日益重要。而数据中心的快速增长也意味着其能耗和排放量的迅速增加，需要更加注重节能和环保。自然冷源是一种新型的节能技术，其应用可以有效降低数据中心的能耗。本文将分析相关数据，探究自然冷源在数据中心节能方面的潜力。

一、全球数据中心能耗现状

数据中心是数据整合、处理、存储和分发的中心，是现代社会不可或缺的基础设施。据国际数据公司（IDC）的最新预测，到2023年，全球数据中心投资将达到1740亿美元。而在数据中心建设和运营的过程中，能耗是一个不可忽视的问题。

据国家发改委和中国国家统计局发布的《中国云计算产业发展报告2019》，中国数据中心规模居全球第一，占全球数据中心总量的1/3。而据《2020年全球数据中心行业报告》统计，全球数据中心的能耗已经占据了全球电力消耗的1.5%以上。而根据《2025全球数据中心产业预测分析报告》显示，全球数据中心的能耗将在未来几年内快速增长，预计在2025年将占据全球电力消耗的8%以上。

二、自然冷源在节能方面的潜力

自然冷源是指地下、水体、冰川、地表土壤等自然界中的冷却能源。其利用可以帮助数据中心降低能耗，提高能源可持续利用和降低对环境的影响。目前，欧美和亚洲的一些国家和企业已经开始在数据中心中采用自然冷源技术。

1.自然冷源在节能方面的潜力数据

据《2019年全球数据中心热管理白皮书》显示，在传统的数据中心中，空调设备是不可或缺的，在数据中心的能耗占据了很大的比例。而使用自然冷源技术，则可以全天候实现50%-90%的能耗降低。这主要是由于自然冷源直接与冷却的介质相接，不需要通过空气传输耗费能源，从而有效地提高了数据中心的能效。

2.自然冷源的应用效果

在自然冷源的应用中，最好的例子就是位于芬兰的Haminadatacenter。该数据中心采用了完全自然地运行，不需要任何空调和机械冷却技术，利用水中的冷能源来实现全年数据中心的制冷和供应。这项技术创新让该数据中心成为全球第一个完全使用自然冷源的数据中心。据悉，Hamina数据中心的能效接近PUE（能源使用效率）1，是纯空调数据中心的能效的五分之一。

三、自然冷源应用存在的挑战

1.技术成本高昂

与传统的数据中心建设方式相比，采用自然冷源技术的数据中心建设成本会更高，因为需要进行专业的设计、施工、设备选型以及实施管理等方面。其中运用自然冷源的构建存在较高的投资成本，需要投入大量的资金。

2.运维和管理困难

自然冷源技术的安装和维护要求更高，金属部件、水管和电气设备等都需要专业人士进行维护和保养。这会给自然冷源的管理带来困难，需要专门的技术团队和建立相关的管理体系。

3.地域性限制

自然冷源技术的应用受到地域的限制，受气候条件、水资源等因素影响较大。因此，在选择应用自然冷源技术的地区和场所时，需要考虑到这些因素，制定相应的方案和计划。

四、结论

自然冷源技术是目前应用在数据中心节能领域的热门技术之一，其应用将带来巨大的节能效益和环境效益。然而其应用仍需要考虑到技术和成本上的挑战，需要相关企业和机构积极投入和探索，从而推进自然冷源技术的应用及其成熟，促进能源的可持续利用，构建资源节约型社会，实现可持续发展。同时，在进行自然冷源技术的应用时，需要考虑到地域性限制和相应的管理困难，才能真正实现其潜力的最大化。自然冷源技术是指利用地下、水体等自然资源中的低温差冷却源提供制冷服务的一种技术。相比于传统的机械制冷设备，利用自然冷源不仅能够有效地减少数据中心能耗，还可以带来更显著的节能效果。为此，越来越多的数据中心开始采用自然冷源技术以提高数据中心的能效。本文将围绕全球自然冷源在数据中心方面的应用情况以及相关案例进行研究分析，以期探讨自然冷源技术在数据中心节能方面的潜力与现实问题。

一、全球自然冷源在数据中心方面的应用情况

自然冷源在数据中心的应用已经开始逐步推广，尤其是在欧美和北欧等地区，如芬兰Hamina数据中心。在这些地区，天然资源丰富，如水、气候等，自然冷源技术的应用具有极大优势。自然冷源技术的应用不仅能够提高数据中心的能效，降低用电成本，还能够保护环境和生态稳定。

欧洲数据中心是全球应用自然冷源技术最为广泛的地区之一。该地区以地形地貌、天气等因素多变而闻名，并已经采用自然冷源技术为数据中心提供制冷服务。例如，法国Orsay，荷兰Telecity，英国London，北欧国家HaminaDataCenter等拥有自然冷源技术应用在数据中心，取得了优异的节能效果。芬兰的HaminaDataCenter因为完全采用自然冷源技术投入运行，没有任何使用空调和机械冷却设备，因此很少产生挥发性有机物排放和热噪声，是世界上第一个完全使用自然冷源技术的数据中心。

二、自然冷源技术的优势和潜力

1.环保和可持续性

自然冷源技术十分环保，与传统机械制冷设备相比，其不会产生二氧化碳、头孢等污染物。尤其是在气候较为恶劣的北欧等地区，该技术能够有效地利用天然资源，保护环境，降低碳排放量。

2.能耗低、节能效果显著

自然冷源技术不需要耗费额外能量，依靠天然冷能源来提供制冷服务，因此能耗极低。

自然冷源技术主要应用于数据中心的冷却环节，能够使数据中心的能耗降低50%-90%。某些最先进的采用自然冷源技术的数据中心，其能源效率达到了PUE值1以下，远低于传统的冷却设备。

3.成本低，可持续经营

自然冷源技术相较于其他传统的冷却方式成本更低，实现完全自然地冷却，在具有足够的天然冷源条件的地区，该成本可控且易于操作。符合现在所有公司关注的可持续经营理念。

4.可水平扩展

与传统技术相比，自然冷源是可以扩展到水平规模的。在对于数据中心能耗增加等挑战升级的情况下，资本市场对数据中心运营效能的要求也增加，只有拥有自己的冷却设备并开发可持续的能源来源才能满足这种业务和财务要求。

三、自然冷源技术应用的挑战

1.地理条件不适用

自然冷源技术的应用在地理上受到一定的限制，适宜自然冷源技术应用的区域受到气候、水源等因素的影响。此外，其适用面较窄，有着一定的地域局限性。

2.建设标准还未统一

自然冷源技术应用于数据中心的建设标准还没得到统一，开通成本和技术的可行性需要进行详尽评估。目前在欧美地区，自然冷源应用在数据中心的主要难点是技术先进性和投入成本较高。

3.运营和维护成本高

自然冷源技术在建设完成后运营和维护方面的成本较高，需要维护专门的操作人员及设备，且在维护期间的停机维修时间也会带来运营压力。

4.统一标准不足

自然冷源技术应用于数据中心的建设标准还很混乱，不同国家的自然条件，施工环境等都需要符合不同的标准，形成标准不统一的局面。

四、结论

自然冷源技术作为一项促进数据中心能效、减少能耗