在全球信息化快速发展的大背景下,大数据已成为国家重要的基础性战略资源,正引领着新一轮科技创新,推动经济转型发展。随着云计算、大数据、人工智能、区块链、5G等技术的快速发展,数据中心作为数据的承载体,其数量和规模不断增加,能耗问题日益凸显,节能呼声不断高涨。如何在保障IT设备安全运行的前提下实现数据中心的热环境管理和能耗管理,从而达到数据中心节能的目的已成为行业人士关注的焦点。数据中心能耗模型是数据中心实现热环境管理和能耗管理的重要基础理论。在数据中心的能耗中,IT设备和制冷空调系统能耗占比最大。其中,制冷空调系统为IT设备提供冷量,其能耗的大小直接取决于IT设备散热量的大小。可见,准确预测IT设备能耗是数据中心能耗模型建立的基础,也是数据中心实现精细化热环境管理和能耗管理的保障。本课题基于进风温度对服务器功耗特性的影响以及精密空调与服务器风量供需平衡关系,研究数据中心能耗模型及其应用。服务器功耗发展规律及现有服务器功耗模型特性研究。本文统计分析了641个不同服务器的性能和功耗样本,针对不同高度、不同CPU数量的服务器,探讨其待机功率、峰值功率以及铭牌功率之间的关系以及发展趋势。通过梳理47个现有服务器功耗模型,根据表达式特点将现有服务器功耗模型分成了累加模型、BA模型和其它模型,并总结现有服务器功耗模型中拟合的因子,发现CPU利用率、CPU频率、性能计数以及温度为目前最为常用的自变量。此外,对比分析了不同拟合方式下服务器功耗模型的准确性。同时基于模型的拟合因子、准确性和简易性分析各模型的适用性和优缺点,为服务器功耗模型的建立奠定基础。不同运行模式下耦合进风温度的服务器功耗模型研究。服务器作为数据中心热流与能流的基本单元,其功耗特性的动态变化规律不仅影响空调系统的冷量匹配,还影响着数据中心的整体能耗。通过设计和搭建服务器功耗与散热实验台,采用SPECpower＿ssj2008性能测试软件改变服务器负载大小,利用温控器改变服务器进风温度,共设计了176个工况进行实验测试,研究服务器在不同运行模式下的功耗和风量需求变化规律。在此基础上,为了使服务器功耗模型在不同的应用场景下得到应用,分别选取了CPU利用率和CPU平均温度与进风温度进行耦合建立相应的功耗模型。精密空调与服务器风量供需平衡研究。精密空调与服务器冷量和风量供需平衡问题不仅是服务器工作环境是否满足要求的判据,而且还是准确计算制冷空调系统能耗的关键。为了确定精密空调送风量的大小,从服务器功耗及风量需求出发,建立数据中心气流和传热的二维网络图,理论分析及计算了泄漏气流和旁通气流对精密空调送风量的影响,同时建立了精密空调送回风温差和服务器进出风温差的函数关系(Tso-Tsi)/（Tr-Ts）=β（1+η）（1+ψ）,并以此作为精密空调与服务器风量供需平衡的判据。此外,利用6Sigma Room模拟研究泄漏气流量与旁通气流量对数据中心室内热环境的影响。结果表明,当精密空调送风量考虑了泄漏气流与旁通气流时数据中心热环境平均最高温度要比未考虑时小2.5°C。数据中心能耗模型建立及误差分析。采用至下而上的计算思路,结合服务器功耗模型,精密空调、服务器风量供需匹配关系以及静态传热模型建立数据中心整体能耗模型。根据模型中所涉及的各参数,构建数据中心能耗预测的参数监测架构。另外,将本文提出的服务器功耗模型和一元线性功耗模型与实测值进行误差分析。在此基础上,利用数据中心能耗模型量化分析在不同的精密空调风量供给以及进风温度情况下由不同模型误差所带来的整体数据中心能耗误差。结果表明,本文提出的服务器功耗模型与一元线性模型的误差带来的整体数据中心能耗误差分别为-1.32%～-1.24%和-5.55%～-3.10%。数据中心各节能技术措施对整体能耗影响的量化研究。梳理数据中心现有的主要节能措施,选择服务器运行模式、机房负载、CPU平均利用率、运行情况、进风温度、地板缝隙率、孔板开孔率、盲板安装情况、冷水机组PLR、冷凝器进水温度以及自然冷却共11个因素,并确定相应水平,共计2888个工况,利用本文所提出的数据中心能耗模型进行能耗计算分析,得到了各因素水平下的节能量。并以此为依据,将IT设备、制冷系统以及气流优化三个层面节能技术措施的应用进行优先排序,为数据中心用能管理提供了理论基础。