節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段的應用研究

于江濤

摘要：在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段應用節(jié)能技術既是現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心建設的內(nèi)在要求，也是踐行綠色發(fā)展理念的重要體現(xiàn)。節(jié)能技術作為一種以節(jié)約能源為主要目的的技術類型，其應用并非一件易事，需要通過深入的研究和積極的探索加以逐步開展。而為了更好地推動節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段的應用，就需要從為什么應用和如何應用的視角出發(fā)進行實際分析，探尋更好的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計思路和方法。文章在深入分析數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段應用節(jié)能技術必要性的基礎上，就當前應用的主要技術及應用的實際情況等進行詳細分析，以豐富節(jié)能技術的應用途徑和效果。

關鍵詞：節(jié)能技術;數(shù)據(jù)中心;規(guī)劃設計;應用

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0294-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著近年來大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等信息技術的快速發(fā)展和深度應用，數(shù)據(jù)中心建設的重要性越來越凸顯，也成為影響市場主體發(fā)展的重要競爭力因素。互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心2017年估算的數(shù)據(jù)顯示，在IT行業(yè)中，能源消耗成本已經(jīng)達到了其硬件采購成本的25%，而與此同時，數(shù)據(jù)的數(shù)量卻以52%的復合年均增長率不斷攀升，這說明在擴大數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模和數(shù)量同時，還要對節(jié)能降耗的問題進行必要且充分的考慮以保證數(shù)據(jù)中心運行效益的持續(xù)提升。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，除了要選擇使用性能好、能耗低的設備以外，還要在規(guī)劃設計階段進行統(tǒng)籌的考慮分析，將先進的節(jié)能技術應用到實際的規(guī)劃設計中，確保數(shù)據(jù)中心規(guī)劃符合節(jié)能、持續(xù)、高效的標準。

1 數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段應用節(jié)能技術的必要性

智能手機使用率、物聯(lián)網(wǎng)采用率以及大數(shù)據(jù)分析領域的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量發(fā)生了明顯的增長，隨之而來的各種成本的增加，使得成本成為數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計過程中重點考慮的因素。而在數(shù)據(jù)中心增加的成本中，能源成本是基礎且可控的部分，即通過一些節(jié)能技術的應用可以降低數(shù)據(jù)中心運行中的能耗，從而減少成本，提升數(shù)據(jù)中心的綜合效益。在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段，節(jié)能技術應用的必要性集中體現(xiàn)在以下幾方面。

1.1應用節(jié)能技術是數(shù)據(jù)中心資源持續(xù)利用的內(nèi)在要求

大數(shù)據(jù)理念的深入發(fā)展使得各領域對于數(shù)據(jù)處理的需求呈現(xiàn)出了明顯的增長，而為了滿足需要，企業(yè)主體不得不擴大原有的數(shù)據(jù)中心規(guī)模或者建設新的數(shù)據(jù)中心來增強數(shù)據(jù)處理的實際能力。而對于企業(yè)來說，其投入更多資源到數(shù)據(jù)中心建設的目的除了滿足當前的需要以外，還兼顧未來業(yè)務發(fā)展的需要，這就使得對數(shù)據(jù)中心持續(xù)發(fā)展的要求有了明顯的提高。在這樣的情況下，對數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段進行必要的節(jié)能技術應用指導和干預可以以持續(xù)發(fā)展的視角出發(fā)對數(shù)據(jù)中心資源的配置、利用進行科學、全面的分析把握，從而保證投入的大量資源能夠長期持續(xù)地發(fā)揮作用。

1.2應用節(jié)能技術是適應降低數(shù)據(jù)處理成本要求的有效方式

大量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)雖然豐富了決策主體決策的信息資源，使其通過數(shù)據(jù)的深入分析來掌握發(fā)展背后的規(guī)律，但這也增加了數(shù)據(jù)中心處理能力的要求。而數(shù)據(jù)處理能力的高低與數(shù)據(jù)中心設備的性能密切相關，要想獲得強大的數(shù)據(jù)處理能力，就需要投入更高的成本來更新設備，最終會增加整體的運行成本。因此，對于企業(yè)等主體來說，數(shù)據(jù)中心建設和運行中增加的設備成本需要通過能耗的降低等方式加以抵消，從而確保數(shù)據(jù)處理成本的盡可能降低。在降低數(shù)據(jù)中心的能耗過程中，節(jié)能技術的應用是科學并且十分有效的途徑，在規(guī)劃設計階段，將一些節(jié)能的技術、方法融入到數(shù)據(jù)中心之中，可以為數(shù)據(jù)處理成本的降低提供強有力的支撐。

1.3應用節(jié)能技術是提升數(shù)據(jù)中心競爭力的重要途徑

在大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)處理能力是影響企業(yè)等市場主體綜合發(fā)展實力的重要因素，也是制約企業(yè)業(yè)務拓展和能力深化的關鍵所在。在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計過程中，除了要考慮當前和未來發(fā)展的實際需要以外，還要從行業(yè)或者領域競爭力的視角出發(fā)來探索更高效的方案，賦予數(shù)據(jù)中心更強的競爭力。節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段的應用不僅可以滿足企業(yè)目前階段發(fā)展的實際要求，同時也在成本、技術等方面領先與競爭對手，從而獲得更強大的競爭優(yōu)勢，為其進行業(yè)務或者發(fā)展的趕超提供絕對性的優(yōu)勢。同時，節(jié)能技術應用所節(jié)能的成本可以用來支持企業(yè)更先進技術的開發(fā)，確保數(shù)據(jù)中心發(fā)展的持續(xù)性、穩(wěn)定性。

2 節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段的具體應用

數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計是一項實務性的內(nèi)容，既要考慮規(guī)劃設計的必要性，還要投入更多的資源到規(guī)劃設計內(nèi)容的可行性，即設計結果是否適應當前發(fā)展的實際情況。就目前數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段節(jié)能技術應用的實際情況來看，主要可以歸納為以下幾點。

2.1氟泵技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中的應用

氟泵技術是通過氟泵節(jié)能空調(diào)來應用的一種節(jié)能技術。一般的氟泵節(jié)能空調(diào)主要有氟泵、管路閥門等構成，該類空調(diào)主要分為雙氟泵機組和單扶系統(tǒng)氟泵機組，氟泵機組主要采用專用型機組或改裝后的風冷型機房空調(diào)機。常見的空調(diào)制冷循環(huán)模式主要有壓縮式制冷循環(huán)和氟泵制冷循。

氟泵的運行原理主要有壓縮機模式和節(jié)能模式兩種。壓縮機模式是指當室外的環(huán)境溫度高于室內(nèi)環(huán)境溫度時，壓縮機系統(tǒng)會正常運行，氟泵系統(tǒng)則會停止運行。而在節(jié)能模式中，當室外環(huán)境溫度較高，并且達到系統(tǒng)控制的設定點時，壓縮機會停止工作，氟泵會啟動。此時，蒸發(fā)器中與室內(nèi)空氣換熱后的制冷劑直接進入風冷冷凝器與室外冷源進行換熱，最終冷卻為液態(tài)的制冷劑在氟泵的作用下克服管阻，回到蒸發(fā)器繼續(xù)換熱，從而達到節(jié)能的效果。

氟泵技術在數(shù)據(jù)中心中的應用不僅能夠提升空調(diào)節(jié)能的效果，還能對氟泵運行的能效進行統(tǒng)計，使空調(diào)設備的維護變得更加便捷，并且還可以保持機房整體潔凈度的良好。當然，在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計過程中，氟泵技術的應用要注意解決諸如避免壓縮機故障、實現(xiàn)壓縮機與氟泵的良好等一系列的技術問題。

實踐應用表明，制冷量大的氟泵空調(diào)的節(jié)能效果更明顯，但這并不是說要盡可能選擇制冷量大的氟泵空調(diào)，而是要科學合理地分配好氟泵節(jié)能空調(diào)在整個機房空調(diào)系統(tǒng)中所占的比例，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機房熱量的大小預測來決定氟泵空調(diào)的使用情況。

2.2空氣側技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中的應用

對于數(shù)據(jù)中心的能耗來說，其中不小一部分是來源于制冷效果的實現(xiàn)，而采用空氣側技術來實現(xiàn)降溫制冷的效果可以將制冷成本降低最低。空氣側制冷作為與熱水側制冷效果同樣好的制冷技術，在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計中的應用較為普遍。

相較于其他制冷方式而言，空氣側制冷只涉及空氣的流動性，不需要液體等介質的介入，這就有效地降低了能耗。目前空氣側技術應用比較成熟的是新風節(jié)能技術，基于該技術基礎上形成的新風節(jié)能系統(tǒng)主要以室外溫度低于25℃的自然空氣為冷源，采用智能控制和溫濕度傳感技術來實現(xiàn)制冷功能的切換，即黨室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度設定值時，通過系統(tǒng)來只換機房內(nèi)的熱量，實現(xiàn)降溫散熱的效果。一般而言，新風節(jié)能系統(tǒng)主要由中央控制器、進風裝置、過濾裝置、排風裝置、加濕裝置、環(huán)境監(jiān)測傳感器和其他裝置構成，其中的環(huán)境監(jiān)測器主要用于測量數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)外的溫度和濕度，并將這些監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給中央控制器，供做出相關的判斷和決策。

當然，空氣側技術的應用也面臨一系列的技術性難題，其中最主要的就是如何保證空氣質量的良好，即避免大量空氣流通可能帶來的數(shù)據(jù)中心的污染問題。因此，在空氣側技術的應用過程中，需要在選址和空氣質量監(jiān)測與改善等方面多加關注，通過優(yōu)質的空氣和強大的空氣過濾處理措施來保證數(shù)據(jù)中心中流通的空氣的質量。

2.3水側技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中的應用

水側技術是指數(shù)據(jù)中心運行過程中的冷水資源進行回收利用以達到制冷效果的方式。在數(shù)據(jù)中心運行過程中，過多的冷水資源會影響到節(jié)能系統(tǒng)的運行狀況和效果，使得數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的溫度可以保持在適宜的標準上，而這些冷水資源的合理利用是保證節(jié)能、高效的重要前提。

在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃過程中，會對數(shù)據(jù)中心運行過程中的冷水資源的溫度調(diào)控進行預測，以保證所設計出的方案中的全部冷水系統(tǒng)都能夠在數(shù)據(jù)中心的合理控制下運行，從而達成節(jié)能的效果。

水側技術的應用需要注意兩點問題：一是在完成冷水資源的初步獲取后，要對室外環(huán)境的溫度進行的監(jiān)測，使水溫的變化趨勢適應系統(tǒng)運行的要求，為系統(tǒng)整體的運行提供有效的保障;而是在冷水機組對空氣資源進行處理中，要保證數(shù)據(jù)中心運作的處理器應用更加符合實際要求，提升冷水循環(huán)技術的使用效果。

2.4服務器節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中的應用

服務器節(jié)能技術是圍繞數(shù)據(jù)中心中的服務器進行的節(jié)能設置。首先，使用動態(tài)調(diào)節(jié)機制來解決處理器的能耗。在整個服務器能耗中，處理器能耗是重要的組成部分，處理器的能耗有靜態(tài)能耗和動態(tài)能耗兩部分，其中動態(tài)能耗與時鐘頻率和電壓均成正比的關系，可以通過改變頻率和電壓等變量的系數(shù)來動態(tài)地對處理器的能耗進行調(diào)節(jié)。其次，使用服務器冷卻技術，通過提高服務器的散熱效率來降低數(shù)據(jù)中心機房冷卻系統(tǒng)的能耗和成本，這種技術主要是借助溫度的降低來提高服務器部件的工作性能，使服務器的運行更加高效、節(jié)能。

3 結語

在進行數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計過程中，除了要考慮實際的功能要求以外，還要將符合節(jié)能要求作為一項重要的設計原則，使用各種有效的節(jié)能技術來提升數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計的合理性。從目標實現(xiàn)的角度來看，節(jié)能技術在數(shù)據(jù)中心建設中的應用需要遵循科學、規(guī)律和有效的準則，在深入了解數(shù)據(jù)中心運行實際情況的同時合理地使用先進技術，提升數(shù)據(jù)中心節(jié)能的效果。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】