關(guān)于建設(shè)節(jié)能環(huán)保數(shù)據(jù)中心的探討

賴瑞龍

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關(guān)于建設(shè)節(jié)能環(huán)保數(shù)據(jù)中心的探討

賴瑞龍

福建省經(jīng)濟(jì)信息中心

在我國隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，信息技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用促進(jìn)了產(chǎn)生效率的不斷提高，信息化水平得到前所未有的提高有的甚至在一定程度上幫忙了一些行業(yè)節(jié)能降耗。然而，信息技術(shù)領(lǐng)域本身如何節(jié)能降耗，其關(guān)注程度還有待進(jìn)一點(diǎn)提高，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國IT設(shè)備數(shù)量增長迅速，能耗也在急劇增加，在過去的 5 年中，數(shù)據(jù)中心的能源消耗翻了一倍。在 2000 年到 2010 年這段時(shí)間，服務(wù)器安裝數(shù)量將增長 6 倍，而存儲(chǔ)將增長 69 倍。如此巨大的電力消耗應(yīng)當(dāng)引起中國各級(jí)政府和IT企事業(yè)單位的高度重視，其中數(shù)據(jù)中心能耗又占到IT總開銷的最大比例，數(shù)據(jù)中心每平方英尺每年的能源成本是一般辦公室建筑的 10 ~ 30 倍。因此，創(chuàng)建“節(jié)能環(huán)保數(shù)據(jù)中心”也勢在必行，做好數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排工作，已經(jīng)成為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)各項(xiàng)工作的焦點(diǎn)之一。

1 數(shù)據(jù)中心能耗過大的原因分析

計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中心中的能耗主要用在兩個(gè)方面，一個(gè)是服務(wù)器及通信設(shè)備能耗，其能耗約占到總數(shù)據(jù)中心的30％左右。目前，國內(nèi)大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備新舊交錯(cuò)使用，耗電量參差不齊，通過更換效率低下的通信設(shè)備、合理調(diào)整用電負(fù)荷就能夠有效地達(dá)到節(jié)能的效果。另一個(gè)是數(shù)據(jù)中心的能耗，包括照明、空調(diào)制冷和制熱，其中，照明及其他用電占總用電量的10％左右，空調(diào)用電占總用電的60％左右。由此可見，數(shù)據(jù)中心的環(huán)境用電在耗能量中占據(jù)最大的比例，這也正是本文討論建設(shè)高效節(jié)能的數(shù)據(jù)中心的核心意義所在。用PUE（Power Usage Effectiveness，電源使用效率）指標(biāo)衡量數(shù)據(jù)中心能耗效率，目前國內(nèi)一些小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，這一比值可能高達(dá)3左右，這意味著IT設(shè)備每消耗1瓦特電力，數(shù)據(jù)中心環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施便需要消耗2瓦特電力。而只有當(dāng)這一數(shù)值小于等于2時(shí)，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的能耗效率才是比較理想的，在國外一些先進(jìn)節(jié)能數(shù)據(jù)中心其值達(dá)到了1.7，因此，我國在數(shù)據(jù)中心建設(shè)及改造方面大還有很多功夫需要去做。通過對(duì)國內(nèi)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的實(shí)際情況分析，主要存在以下幾點(diǎn)原因造成能耗浪費(fèi)。

1.1 數(shù)據(jù)中心規(guī)劃選址不合理

有的數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就沒有充分考慮到地理位置選取，如把數(shù)據(jù)中心建在陽光爆曬、明窗過多、空氣過濕或過干燥的樓層、頂層溫差與外界環(huán)境傳遞最快的地方之類，這樣子無疑要增加數(shù)據(jù)中心環(huán)境空調(diào)系統(tǒng)的能耗開支。

1.2 數(shù)據(jù)中心空間布局不合理

很多數(shù)據(jù)中心是隨著規(guī)模的成長，不斷地分批購買服務(wù)器，若數(shù)據(jù)中心有空間就隨意安排結(jié)果容易造成空調(diào)的冷風(fēng)與服務(wù)器的熱風(fēng)混在一起，造成空調(diào)效率不彰，就算是調(diào)低空調(diào)的回風(fēng)溫度，效果也是有限。

1.3 空調(diào)系統(tǒng)利用效率低下

空調(diào)制冷系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)中心能量消耗的一半左右，但目前很多數(shù)據(jù)中心核心的空調(diào)系統(tǒng)部分由于存在老化、溫控設(shè)置不當(dāng)、缺少定期保養(yǎng)等原因，其消耗電能的開支非常嚴(yán)重。

1.4 數(shù)據(jù)中心配套設(shè)備不合理

數(shù)據(jù)中心配套設(shè)備不合理，主要體現(xiàn)在UPS系統(tǒng)選型不當(dāng)、照明系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)、配線布置不當(dāng)三大類。UPS系統(tǒng)本身也產(chǎn)生著數(shù)據(jù)中心15%左右的電能消耗，現(xiàn)實(shí)是多數(shù)數(shù)據(jù)中心里的UPS負(fù)載不足，造成了部分電能的額外支出浪費(fèi)。還有很多數(shù)據(jù)中心都會(huì)忽略掉了照明所需耗費(fèi)的電力，其實(shí)數(shù)據(jù)中心照明等辦公設(shè)備也占了數(shù)據(jù)中心10%左右的能耗，如果能數(shù)據(jù)中心的照明系統(tǒng)上做改變，也可以省下不少用電量。另外，很多數(shù)據(jù)中心隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的日益增加，其連接布局零亂無序，不僅影響美觀，而且造成空氣流通的堵塞負(fù)面增加有源設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的功耗。

1.5 數(shù)據(jù)中心管理相對(duì)落后

數(shù)據(jù)中心管理不完善體現(xiàn)在很多數(shù)據(jù)中心直接與活躍的辦公室距離布局在一塊，沒有設(shè)置數(shù)據(jù)中心隔離門，對(duì)于人員的進(jìn)出沒有實(shí)施有效的管理控制，一方面數(shù)據(jù)中心的安全沒有得到有效的保護(hù)，另一方面造成數(shù)據(jù)中心與外界環(huán)境空氣交換過于頻繁而增加能耗。特別是現(xiàn)有的一些大中型數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)中心缺少有效的供電、溫濕度智能管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的能耗就會(huì)偏大。

2 建設(shè)節(jié)能環(huán)保數(shù)據(jù)中心的有效措施

2.1 統(tǒng)籌規(guī)劃數(shù)據(jù)中心位置

從數(shù)據(jù)中心建設(shè)節(jié)能角度來看，在選址時(shí)就應(yīng)該考慮盡量選擇樓層較低、日照度低的地方，在自身溫度、濕度合適的地方建設(shè)數(shù)據(jù)中心必然為建成后正常運(yùn)行節(jié)省了環(huán)境控制能耗的不少開支。并且在建設(shè)規(guī)劃的初期，要綜合考慮到安全、靜音、布線等問題，一般頂層和西曬的位置都是不合適選做數(shù)據(jù)中心的。此外，數(shù)據(jù)中心最好不要設(shè)明窗，數(shù)據(jù)中心和大門之間最好有隔離層，減少大門開合造成的空調(diào)額外負(fù)擔(dān)，辦公等人員活躍區(qū)域盡量遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)中心。

2.2 合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心空間布局

數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空間布局直接影響到了空氣流通和制冷效果，要建立起數(shù)據(jù)中心的冷熱通道，并注意氣流的走向。老式方式是采用通過活動(dòng)地板對(duì)數(shù)據(jù)中心里面鋪設(shè)的地板向上輸送冷卻空氣，但這種方法通常耗用更多能源。所以利用熱空氣上升，冷空氣下降的原理，目前大型的數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)中心都是采用氣冷下吹式空調(diào)，熱空氣升到天花板后，經(jīng)通風(fēng)口排到外面，還要盡量選用能放在機(jī)柜旁邊的空調(diào)，以此縮短冷空氣循環(huán)路徑，要不送風(fēng)距離過長時(shí)，容易造成遠(yuǎn)端機(jī)柜進(jìn)氣不足，而回風(fēng)過長，更容易導(dǎo)致冷熱通道氣流混合的現(xiàn)象。另外，注意數(shù)據(jù)中心內(nèi)的機(jī)架擺設(shè)布局也極其重要，不能讓一臺(tái)機(jī)器排出來的熱空氣被另一臺(tái)機(jī)器吸進(jìn)去。針對(duì)這種情況可以采取放置機(jī)架前端對(duì)前端、后端對(duì)后端，這種名為"熱通道/冷通道"的方案成了數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐，效果非常顯著。最后，由于冷熱通道最害怕的就是混風(fēng)的發(fā)生，要將冷風(fēng)通道的上方用隔板封閉起來，就可有效避免上方的熱空氣與冷空氣混合。

2.3 提高空調(diào)系統(tǒng)的利用率

空調(diào)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心能耗最多的部分，提高提高空調(diào)系統(tǒng)的利用率是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的關(guān)健，通常由以下幾種措施來實(shí)現(xiàn)：采用高效數(shù)據(jù)中心空調(diào),對(duì)在建的數(shù)據(jù)中心要優(yōu)先選用高效壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，對(duì)已運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心要分析在網(wǎng)的空調(diào)設(shè)備，一些高耗能老型號(hào)設(shè)備建議淘汰；采用溫濕度設(shè)定值節(jié)能控制,在滿足數(shù)據(jù)中心工藝的前提下，確定合理的溫度、濕度值和新風(fēng)量，可以降低電信運(yùn)營成本，同時(shí)延長空調(diào)設(shè)備的使用壽命，是節(jié)能的重要體現(xiàn)；制冷劑和耐摩劑的選用,合理更換空調(diào)新型制冷劑可降低空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行電流，其節(jié)能效果在9％~15％左右。在耐摩劑選用方面，可改善壓縮機(jī)運(yùn)行情況下的潤滑情況，減少氣缸和活塞的摩擦系數(shù)，尤其是舊壓縮機(jī)中，潤滑條件的改善可以減少壓縮機(jī)的運(yùn)行電流，從而達(dá)到節(jié)能目的；采用空調(diào)壓縮機(jī)采用變頻技術(shù),變頻器的使用避免了壓縮機(jī)的頻繁啟停，能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能和防止數(shù)據(jù)中心溫度波動(dòng)；采用新風(fēng)節(jié)能和送風(fēng)節(jié)能技術(shù)使用,在保證數(shù)據(jù)中心環(huán)境前提下，通過傳感器實(shí)時(shí)地比較數(shù)據(jù)中心內(nèi)溫濕度及數(shù)據(jù)中心外的溫濕度，當(dāng)室外溫濕度達(dá)到可利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，新風(fēng)機(jī)啟動(dòng)引進(jìn)室外新風(fēng)到室內(nèi)，降低空調(diào)負(fù)荷甚至停用空調(diào)，應(yīng)用外界新風(fēng)的冷量，達(dá)到節(jié)能的效果。送風(fēng)節(jié)能技術(shù)的基本方法是選用風(fēng)機(jī)可調(diào)，正?？照{(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，消耗的功率也大大下降；加強(qiáng)空調(diào)冷凝熱的回收利用,特別對(duì)大型數(shù)據(jù)中心，一方面降低了空調(diào)廢熱的排放，夏季可以很好地降低冷凝壓力，提高了空調(diào)的制冷效率，達(dá)到節(jié)能目的，另一方面可獲取免費(fèi)熱水，綜合效果比采用單純使用水噴淋效果要好。

2.4 模塊化UPS的選用

UPS 模塊化結(jié)構(gòu)通常是將它分成電源（Power）變換、控制、電池（Battery）轉(zhuǎn)換、自動(dòng)保護(hù)等模塊使它們之間相對(duì)獨(dú)立工作。并可以進(jìn)行熱插拔實(shí)現(xiàn)模塊更換。這種設(shè)計(jì)對(duì)判斷故障方位、設(shè)備維護(hù)極為簡便。對(duì)于大中型的數(shù)據(jù)中心來說，采用模塊化UPS有著非常明顯的優(yōu)勢。單從節(jié)能電費(fèi)方面來講，有數(shù)據(jù)顯示，以5年的運(yùn)行成本來計(jì)算，若傳統(tǒng)UPS負(fù)載率以20％計(jì)，模塊化UPS以負(fù)載率64％計(jì)，則傳統(tǒng)UPS的電能消耗量可達(dá)到模塊化UPS消耗量的6倍，若考慮到開始幾年負(fù)載率低的實(shí)際情況，運(yùn)行的成本會(huì)有更大的差距。

2.5 采用新技術(shù)促進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能

對(duì)于一個(gè)大中型數(shù)據(jù)中心而言，采用一些最新科技，可以明顯降低數(shù)據(jù)中心的能耗，其投入與產(chǎn)出比效益可觀，目前主要新技術(shù)有：購買節(jié)能的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如采用低電壓版處理器、低功耗服務(wù)器內(nèi)存、PoE技術(shù)的產(chǎn)品等；采用最新的數(shù)據(jù)中心建筑節(jié)能技術(shù)，如使用玻璃窗和墻體采用保溫隔熱性能好的材料，并對(duì)四周密閉性進(jìn)行最大優(yōu)化；采用節(jié)能照明技術(shù)，主要考慮數(shù)據(jù)中心選用新型的節(jié)能燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的日光燈，并且合理設(shè)數(shù)據(jù)中心的單位照明系數(shù)，并使用插卡式照明開關(guān)控制，減少無人照明時(shí)間；采用智能數(shù)據(jù)中心管理新技術(shù)，包括智能數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)智能溫控系統(tǒng)的投入使用等。

3 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排可以從方方面面來考慮，包括空間設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)、電源管理，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等各個(gè)方面形成全局的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以便達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。但目前我國原有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)制定較早，已不適合現(xiàn)在的需求，現(xiàn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要是參考TIA-942 (美國通信工業(yè)協(xié)會(huì)）數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；BICSI@-942（國際樓宇工業(yè)資詢服務(wù)委員會(huì)）數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和安裝標(biāo)準(zhǔn)以及Uptime Institute正常時(shí)間運(yùn)行協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，特別在節(jié)能減排方面我國還尚無統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范出臺(tái)，應(yīng)抓緊制定新的國家數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步促進(jìn)我國數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排工作。

[1] 劉世越,周學(xué)仁.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心建設(shè)改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)范實(shí)用手冊(cè)[M].北京:銀聲音像出版社,2004.

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