绿色数据中心运行技术及实践

本书结合国家“双碳”战略和数据中心技术发展，对绿色数据中心运行技术及实践进行介绍。本书内容涵盖数据中心基本概念、绿色低碳发展趋势、碳核算及低碳管理、IT 设备功率管理技术、算力资源能耗优化、清洁能源利用和电网互动、数字孪生、制冷系统能耗优化，同时还阐述了绿色数据中心低碳运行管理平台架构、设计和功能，以及绿色数据中心低碳运行管理平台及实践应用情况。
本书可供从事数据中心运行管理的工程技术人员或研究者参考，还适合对绿色数据中心感兴趣的社会各界人士阅读。

目录
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前言
第1 章 概论 1
1.1 数据中心 1
1.1.1 数据中心概念 1
1.1.2 数据中心组成 3
1.1.3 我国数据中心发展现状 8
1.2 我国“东数西算”工程 9
1.2.1 整体布局 9
1.2.2 节点定位 10
1.3 “双碳”政策与绿色数据中心 11
1.3.1 数据中心能耗构成 11
1.3.2 温室效应和“双碳”政策 12
1.3.3 数据中心绿色低碳相关标准和规范 14
1.3.4 绿色数据中心能效指标 15
1.4 数据中心的发展趋势 18
1.5 本书组织结构 20
1.6 本章小结 21
第2 章 数据中心碳核算及低碳管理 22
2.1 碳足迹核算 22
2.1.1 基本概念 23
2.1.2 碳核算范围 25
2.2 数据中心生命周期划分 27
2.3 数据中心全生命周期碳核算方法 29
2.3.1 确定温室气体种类 29
2.3.2 划分核算范围 29
2.3.3 收集活动水平数据和相应的排放因子 32
2.3.4 计算数据中心碳排放量 35
2.4 数据中心低碳管理 35
2.4.1 IT 设施低碳运行 38
2.4.2 基础设施低碳运行 40
2.4.3 清洁能源使用 41
2.5 本章小结 41
第3 章 数据中心IT 设备功率管理技术 42
3.1 基本概念 42
3.1.1 数据中心供电架构 42
3.1.2 处理器动态调频调压与功率封顶 44
3.2 基于机器学习的服务器功率预测 46
3.2.1 服务器功率模型 46
3.2.2 服务器功率预测 47
3.3 数据中心功率超分配技术 49
3.4 服务器集群功率控制技术 56
3.5 本章小结 62
第4 章 数据中心算力资源能耗优化技术 63
4.1 通用算力资源管理技术 63
4.1.1 基本概念 64
4.1.2 基于强化学习的虚拟机能耗感知调度方法 66
4.2 智能算力资源管理技术 72
4.2.1 基本概念 72
4.2.2 基于任务分类与懒同步的智能算力能耗优化 73
4.2.3 典型分布式机器学习负载的分类与预测方法 76
4.2.4 分布式机器学习节点间参数“懒同步”机制 80
4.3 本章小结 85
第5 章 数据中心清洁能源利用和电网互动技术 86
5.1 数据中心清洁能源利用和参与电网互动背景 86
5.1.1 数据中心参与新型电力系统需求响应发展潜能 86
5.1.2 面向清洁能源利用的数据中心参与电网互动政策及
标准 88
5.2 数据中心的清洁能源利用 90
5.2.1 数据中心的能耗模型 91
5.2.2 数据中心工作负载 96
5.3 面向清洁能源利用的数据中心参与电网互动技术 102
5.3.1 面向清洁能源利用的数据中心参与电网互动形式与
分类 103
5.3.2 数据中心的需求响应类型 104
5.3.3 基于激励的数据中心需求响应 105
5.4 面向清洁能源利用的数据中心参与电网互动展望 113
5.4.1 关键技术面临的问题及解决思路 113
5.4.2 数据中心参与电网互动未来发展目标 114
5.5 本章小结 115
第6 章 数据中心制冷系统数字孪生技术 116
6.1 数据中心数字孪生技术 116
6.1.1 基本概念 116
6.1.2 数据中心数字孪生的应用价值 117
6.1.3 数据中心数字孪生的实现方式 118
6.2 数据中心制冷系统数字孪生模型构建方法 119
6.2.1 数字孪生模型特点及建模难点 119
6.2.2 通过一维、三维模型耦合实现全链路建模 122
6.2.3 数据中心数字孪生模型构建方法 122
6.3 利用数字孪生模型优化制冷系统能耗的流程 127
6.3.1 制冷系统能耗优化的常用手段 127
6.3.2 基于数字孪生模型进行系统节能优化控制 129
6.4 数字孪生模型与AI 控制模块间交互 135
6.4.1 基于数字孪生CFD 平台的AI 控制架构 136
6.4.2 AI 控制模块与数字孪生CFD 平台模型接口 138
6.5 本章小结 140
第7 章 数据中心制冷系统能耗优化技术 142
7.1 制冷系统能耗优化方法 142
7.2 制冷系统运行现状 143
7.2.1 制冷系统运行现状调研 143
7.2.2 制冷系统存在的问题 143
7.3 制冷系统设备优化的分析方法 146
7.3.1 数据中心制冷系统全年冷负荷实测分析 146
7.3.2 冷水机组运行策略分析 146
7.3.3 冷冻水泵运行策略分析 148
7.3.4 冷却水泵运行策略分析 149
7.3.5 冷却塔运行策略分析 150
7.4 建立数据中心制冷系统数字孪生模型 150
7.4.1 数据中心负荷输入 150
7.4.2 数据中心制冷系统建模原理 151
7.4.3 建立制冷系统模型 153
7.4.4 制冷系统对数据中心PUE 的影响分析 153
7.4.5 冷冻水泵定流量与变流量的对比分析 154
7.4.6 冷冻水出水温度对系统能耗的影响分析 156
7.5 制定制冷系统优化措施及运行策略 156
7.5.1 基于数字孪生模型制定制冷系统优化措施 156
7.5.2 利用AI 技术制定数据中心制冷系统运行策略 158
7.6 本章小结 161
第8 章 绿色数据中心低碳运行管理平台及实践 162
8.1 数据指标体系 162
8.2 平台整体架构 167
8.3 平台主要功能 170
8.3.1 数据采集和存储 170
8.3.2 能耗数据分析计算 171
8.3.3 服务器功率控制 172
8.3.4 能效感知的算力调度 174
8.3.5 数字孪生建模和优化 175
8.3.6 用户界面 177
8.4 绿色运行实践 184
8.4.1 机柜级节能调节 185
8.4.2 机房级节能调节 186
8.4.3 数据中心级节能调节 188
8.4.4 自然冷源利用 189
8.4.5 液冷机房 190
8.4.6 光伏能源利用 191
8.5 本章小结 192
缩略语 194
参考文献 196