关于建设节能环保数据中心的探讨
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作者: 赖瑞龙
在我国随着经济高速发展,信息技术在各行各业的应用促进了产生效率的不断提高,信息化水平得到前所未有的提高有的甚至在一定程度上帮忙了一些行业节能降耗。然而,信息技术领域本身如何节能降耗,其关注程度还有待进一点提高,据相关数据显示,我国IT设备数量增长迅速,能耗也在急剧增加,在过去的 5 年中,数据中心的能源消耗翻了一倍。在 2000 年到 2010 年这段时间,服务器安装数量将增长 6 倍,而存储将增长 69 倍。如此巨大的电力消耗应当引起中国各级政府和IT企事业单位的高度重视,其中数据中心能耗又占到IT总开销的最大比例,数据中心每平方英尺每年的能源成本是一般办公室建筑的 10 ~ 30 倍。因此,创建“节能环保数据中心”也势在必行,做好数据中心的节能减排工作,已经成为建设节约型社会各项工作的焦点之一。
1数据中心能耗过大的原因分析
计算机的数据中心中的能耗主要用在两个方面,一个是服务器及通信设备能耗,其能耗约占到总数据中心的30%左右。目前,国内大多数数据中心的通信网络设备新旧交错使用,耗电量参差不齐,通过更换效率低下的通信设备、合理调整用电负荷就能够有效地达到节能的效果。另一个是数据中心的能耗,包括照明、空调制冷和制热,其中,照明及其他用电占总用电量的10%左右,空调用电占总用电的60%左右。由此可见,数据中心的环境用电在耗能量中占据最大的比例,这也正是本文讨论建设高效节能的数据中心的核心意义所在。用PUE(Power Usage Effectiveness,电源使用效率)指标衡量数据中心能耗效率,目前国内一些小规模的数据中心,这一比值可能高达3左右,这意味着IT设备每消耗1瓦特电力,数据中心环境基础设施便需要消耗2瓦特电力。而只有当这一数值小于等于2时,数据中心基础设施的能耗效率才是比较理想的,在国外一些先进节能数据中心其值达到了1.7,因此,我国在数据中心建设及改造方面大还有很多功夫需要去做。通过对国内现在数据中心的实际情况分析,主要存在以下几点原因造成能耗浪费。
1.1 数据中心规划选址不合理
有的数据中心在规划设计时就没有充分考虑到地理位置选取,如把数据中心建在阳光爆晒、明窗过多、空气过湿或过干燥的楼层、顶层温差与外界环境传递最快的地方之类,这样子无疑要增加数据中心环境空调系统的能耗开支。
1.2 数据中心空间布局不合理
很多数据中心是随着规模的成长,不断地分批购买服务器,若数据中心有空间就随意安排结果容易造成空调的冷风与服务器的热风混在一起,造成空调效率不彰,就算是调低空调的回风温度,效果也是有限。
1.3 空调系统利用效率低下
空调制冷系统全部数据中心能量消耗的一半左右,但目前很多数据中心核心的空调系统部分由于存在老化、温控设置不当、缺少定期保养等原因,其消耗电能的开支非常严重。
1.4 数据中心配套设备不合理
数据中心配套设备不合理,主要体现在UPS系统选型不当、照明系统设置不当、配线布置不当三大类。UPS系统本身也产生着数据中心15%左右的电能消耗,现实是多数数据中心里的UPS负载不足, 造成了部分电能的额外支出浪费。还有很多数据中心都会忽略掉了照明所需耗费的电力,其实数据中心照明等办公设备也占了数据中心10%左右的能耗,如果能数据中心的照明系统上做改变,也可以省下不少用电量。另外,很多数据中心随着网络设备的日益增加,其连接布局零乱无序,不仅影响美观,而且造成空气流通的堵塞负面增加有源设备和空调系统的功耗。
1.5 数据中心管理相对落后
数据中心管理不完善体现在很多数据中心直接与活跃的办公室距离布局在一块,没有设置数据中心隔离门,对于人员的进出没有实施有效的管理控制,一方面数据中心的安全没有得到有效的保护,另一方面造成数据中心与外界环境空气交换过于频繁而增加能耗。特别是现有的一些大中型数据中心的数据中心缺少有效的供电、温湿度智能管理系统,数据中心的能耗就会偏大。
2建设节能环保数据中心的有效措施
2.1 统筹规划数据中心位置
从数据中心建设节能角度来看,在选址时就应该考虑尽量选择楼层较低、日照度低的地方,在自身温度、湿度合适的地方建设数据中心必然为建成后正常运行节省了环境控制能耗的不少开支。并且在建设规划的初期,要综合考虑到安全、静音、布线等问题,一般顶层和西晒的位置都是不合适选做数据中心的。此外,数据中心最好不要设明窗,数据中心和大门之间最好有隔离层,减少大门开合造成的空调额外负担,办公等人员活跃区域尽量远离数据中心。
2.2 合理设计数据中心空间布局
数据中心内的空间布局直接影响到了空气流通和制冷效果,要建立起数据中心的冷热通道,并注意气流的走向。老式方式是采用通过活动地板对数据中心里面铺设的地板向上输送冷却空气,但这种方法通常耗用更多能源。所以利用热空气上升,冷空气下降的原理,目前大型的数据中心的数据中心都是采用气冷下吹式空调,热空气升到天花板后,经通风口排到外面,还要尽量选用能放在机柜旁边的空调,以此缩短冷空气循环路径,要不送风距离过长时,容易造成远端机柜进气不足,而回风过长,更容易导致冷热通道气流混合的现象。另外,注意数据中心内的机架摆设布局也极其重要,不能让一台机器排出来的热空气被另一台机器吸进去。针对这种情况可以采取放置机架前端对前端、后端对后端,这种名为"热通道/冷通道"的方案成了数据中心设计的最佳实践,效果非常显著。最后,由于冷热通道最害怕的就是混风的发生,要将冷风通道的上方用隔板封闭起来,就可有效避免上方的热空气与冷空气混合。
2.3 提高空调系统的利用率
空调系统是数据中心能耗最多的部分,提高提高空调系统的利用率是数据中心节能减排的关健,通常由以下几种措施来实现:采用高效数据中心空调,对在建的数据中心要优先选用高效压缩机和风机,对已运行的数据中心要分析在网的空调设备,一些高耗能老型号设备建议淘汰;采用温湿度设定值节能控制,在满足数据中心工艺的前提下,确定合理的温度、湿度值和新风量,可以降低电信运营成本,同时延长空调设备的使用寿命,是节能的重要体现;制冷剂和耐摩剂的选用,合理更换空调新型制冷剂可降低空调压缩机运行电流,其节能效果在9%~15%左右。在耐摩剂选用方面,可改善压缩机运行情况下的润滑情况,减少气缸和活塞的摩擦系数,尤其是旧压缩机中,润滑条件的改善可以减少压缩机的运行电流,从而达到节能目的;采用空调压缩机采用变频技术,变频器的使用避免了压缩机的频繁启停,能有效实现节能和防止数据中心温度波动;采用新风节能和送风节能技术使用,在保证数据中心环境前提下,通过传感器实时地比较数据中心内温湿度及数据中心外的温湿度,当室外温湿度达到可利用标准时,新风机启动引进室外新风到室内,降低空调负荷甚至停用空调,应用外界新风的冷量,达到节能的效果。送风节能技术的基本方法是选用风机可调,正常空调系统的风机、水泵类负载,轴功率与转速的立方成正比,当风机、水泵转速下降时,消耗的功率也大大下降;加强空调冷凝热的回收利用,特别对大型数据中心,一方面降低了空调废热的排放,夏季可以很好地降低冷凝压力,提高了空调的制冷效率,达到节能目的,另一方面可获取免费热水,综合效果比采用单纯使用水喷淋效果要好。
2.4 模块化UPS的选用
UPS 模块化结构通常是将它分成电源(Power)变换、控制、电池(Battery)转换、自动保护等模块使它们之间相对独立工作。并可以进行热插拔实现模块更换。这种设计对判断故障方位、设备维护极为简便。对于大中型的数据中心来说,采用模块化UPS有着非常明显的优势。单从节能电费方面来讲,有数据显示,以5年的运行成本来计算,若传统UPS负载率以20%计,模块化UPS以负载率64%计,则传统UPS的电能消耗量可达到模块化UPS消耗量的6倍,若考虑到开始几年负载率低的实际情况,运行的成本会有更大的差距。
2.5 采用新技术促进数据中心节能
对于一个大中型数据中心而言,采用一些最新科技,可以明显降低数据中心的能耗,其投入与产出比效益可观,目前主要新技术有:购买节能的数据中心网络设备,如采用低电压版处理器、低功耗服务器内存、PoE技术的产品等;采用最新的数据中心建筑节能技术,如使用玻璃窗和墙体采用保温隔热性能好的材料,并对四周密闭性进行最大优化;采用节能照明技术,主要考虑数据中心选用新型的节能灯具代替传统的日光灯,并且合理设数据中心的单位照明系数,并使用插卡式照明开关控制,减少无人照明时间;采用智能数据中心管理新技术,包括智能数据中心电源管理系统、动态智能温控系统的投入使用等。
3结语
数据中心的节能减排可以从方方面面来考虑,包括空间设计、空调系统、电源管理,网络设备等各个方面形成全局的系统设计,以便达到最优的节能效果。但目前我国原有计算机数据中心建设标准制定较早,已不适合现在的需求,现应用的数据中心建设标准主要是参考TIA-942 (美国通信工业协会)数据中心电信基础网标准;BICSI@-942(国际楼宇工业资询服务委员会)数据中心设计和安装标准以及Uptime Institute正常时间运行协会的标准,特别在节能减排方面我国还尚无统一技术规范出台,应抓紧制定新的国家数据中心建设标准,进一步促进我国数据中心的节能减排工作。
参考文献:
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