網(wǎng)絡演進和數(shù)據(jù)業(yè)務的快速發(fā)展帶動數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大，消耗的電能也越來越來多。數(shù)據(jù)中心用電負荷的幾何級數(shù)增長，遠遠超過供電容量的增長，用電問題已成為制約數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計，用電成本約占數(shù)據(jù)中心整體運行成本的60%以上。巨大的用電容量給數(shù)據(jù)中心的發(fā)展和運營帶來了巨大的壓力，以“綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效”為理念的綠色數(shù)據(jù)中心已作為下一代數(shù)據(jù)中心建設的主要發(fā)展方向。

本文從數(shù)據(jù)中心的能耗結構分析出發(fā)，從IT設備、空調系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等四個能耗主要構成方面，提出了綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能解決方案和措施，為如何建設綠色數(shù)據(jù)中心提供了建議。

數(shù)據(jù)中心的能耗構成

根據(jù)國內(nèi)外各大權威機構對數(shù)據(jù)中心能耗結構與組成的調查分析可知，一個典型的數(shù)據(jù)中心，其能耗主要由四大塊組成：

第一大塊是占數(shù)據(jù)中心總能耗約50%的IT設備系統(tǒng)，包括服務器設備、存儲設備和網(wǎng)絡通信設備等。其中，服務器設備所占總功耗約40%，存儲設備和網(wǎng)絡通信設備約占總功耗的10%.

第二大塊是占數(shù)據(jù)中心總能耗約37%的空調系統(tǒng)。其中，空調制冷系統(tǒng)約占總功耗的25%，空調送、回風系統(tǒng)約占總功耗的12%.

第三大塊是占數(shù)據(jù)中心總能耗約10%的UPS供配電系統(tǒng)。其中，UPS供電系統(tǒng)約占總功耗的7%，UPS輸入供電系統(tǒng)約占總功耗的3%.

數(shù)據(jù)中心總功耗剩余的3%屬于輔助照明系統(tǒng)。

如圖可知，要降低數(shù)據(jù)中心能耗，實現(xiàn)綠色節(jié)能減排，最重要的就是降低IT設備的能耗，空調系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和輔助照明系統(tǒng)同樣也是不可忽視的因素。

從上述分析可知，綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能設計，在滿足業(yè)務需要和安全運行的前提下，應集中在IT設備、空調系統(tǒng)節(jié)能、電源系統(tǒng)和照明系統(tǒng)節(jié)能等四個方面進行節(jié)能措施和思路的探索。

IT設備節(jié)能

IT設備作為數(shù)據(jù)中心的第一能耗大戶，選用低能耗的IT設備是數(shù)據(jù)中心最重要的節(jié)能手段。針對IT設備選用，節(jié)能措施主要從設備選型、使用、部署和維護三個方面考慮。

(1)在設備選型上，首先應結合數(shù)據(jù)中心的建設標準，根據(jù)實際需求購置、擴容設備，宜選擇擴展性強的設備，對工作環(huán)境溫、濕度要求相對寬松的設備，避免超前使用過高檔次或高配置的設備。其次，在同等性能條件下，設備選型時應優(yōu)先選擇散熱能力強、體積小、重輕、噪音低和易于標準機架安裝等的設備。

在技術選擇上，推薦選擇運用低功耗核CPU處理器、虛擬化運算技術、刀片式架構、高效電源、動態(tài)制冷、電源智能管理功能及“動態(tài)休眠”等技術的設備。設備應能根據(jù)系統(tǒng)運行要求及負載狀態(tài)動態(tài)調整系統(tǒng)各組件(CPU、硬盤、外設等)的工作及休眠狀態(tài)，支持任務隊列的同步智能調度，實現(xiàn)理想的降耗效果。建議設備整體休眠節(jié)能效果最低應達到20%，具有國際/國家/行業(yè)節(jié)能等級認證的設備為優(yōu)。

(2)設備使用，在滿足數(shù)據(jù)中心業(yè)務安全性的前提下，應盡量提高IT設備的利用率，節(jié)省運行設備數(shù)量。

●根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模，合理配置維護終端、網(wǎng)管服務器和KVM設備等的數(shù)量;

●統(tǒng)籌考慮數(shù)據(jù)中心內(nèi)的各類計算、存儲和網(wǎng)絡資源，采用松耦合架構配置各類資源，實現(xiàn)資源的共享和靈活調度，可根據(jù)資源消耗比例靈活增加或減少某類資源的配置，使得資源配置優(yōu)化，真正做到按需最優(yōu)配置。

●在技術成熟的條件下，適時運用虛擬化和集群技術。

(3)設備部署與維護，為達到良好的IT設備節(jié)能降耗效果，建議設備部署與維護中遵循如下原則：

●機架設備的部署應滿足機房整體布局及冷熱分區(qū)的要求，各機架用電量應與機房相應區(qū)域的制冷量相適應，設備的進排風方向應與機房氣流組織的要求一致;

●合理規(guī)劃設備部署，各機架的用電量應盡量均勻，避免出現(xiàn)局部熱島;同機架內(nèi)盡量部署物理尺寸、用電量及進排風能力接近的設備，單機架耗電量建議不超過機房設計的機架平均用電量;當機架用電量差別很大且難以調整時，應將機房制冷能力及制冷量的分布相結合統(tǒng)一考慮不同功耗的機架位置。

●機架宜按規(guī)劃設計能力飽滿使用，若機架無法一次裝滿，宜從距離送風口較近的空間開始安裝設備，設備之間的空隙位置應安裝擋風板，防止冷熱風短路。

機房空調系統(tǒng)節(jié)能

數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)主要部署的是服務器、存儲設備、交換機、路由器等對環(huán)境溫濕度、潔凈度要求較高的精密設備，對機房環(huán)境有嚴格要求，因此需采用機房精密空調系統(tǒng)。在機房專用空調系統(tǒng)的選擇上，應根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設標準、建設規(guī)模、建筑條件、機房設備的使用特點、所在地區(qū)氣象條件等，結合當?shù)啬茉唇Y構、價格政策和環(huán)保規(guī)定等因素，通過技術經(jīng)濟比較后確定。

(1)空調設備選型和配置原則

●空調系統(tǒng)設計應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件采用節(jié)能措施，如大型數(shù)據(jù)中心機房宜采用水冷冷水機組空調系統(tǒng);北方地區(qū)采用水冷冷水機組的機房，冬季可利用室外冷卻塔作為冷源，并應通過熱交換器對空調冷凍水進行降溫。

●數(shù)據(jù)中心的機房專用空調制冷設備，按冷源的供給方式可分為單元式空調制冷設備和中央冷源空調制冷設備，空調設備在名義制冷工況和規(guī)定條件下，其能效比應不低于《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189中的規(guī)定，并以數(shù)值越高越好。

●在對空調設備進行選型過程中，機房的熱負荷是重要參數(shù)之一。根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》GB50174，數(shù)據(jù)中心機房的空調設備額定制冷量的計算，需綜合考慮機房內(nèi)設備的發(fā)熱量、建筑維護結構熱負荷、通過外窗進入的太陽輻射熱、照明負荷、補充的新風負荷和維護人員的散熱負荷等，并在確定的最大熱負荷量的基礎上留有15~20%的余量。

●在空調設備數(shù)量的配置上，宜每4~5臺配置1臺備用空調，并在每個機房至少配備1臺備用空調。

●針對采用冷凍水空調的機房，可采用高溫冷凍水設計。在同樣溫差條件下，蒸發(fā)溫度每升高1℃，能效比可以提高2～3%.同樣，提高蒸發(fā)溫度還有利于利用自然冷源，對于同一個地區(qū)來說，蒸發(fā)溫度越高，每年可利用自然冷源進行自然冷卻的時間就越長。

●合理設計空調設備的回風溫度。目前很多數(shù)據(jù)中心機房都將環(huán)境溫度設定為23℃±1℃，而IT設備發(fā)展到現(xiàn)在，幾乎所有服務器設備的報警溫度都是32℃，按照這個數(shù)據(jù)，可將空調回風溫度設置為28～29℃，縮短壓縮機運行時間從而起到節(jié)能左右。

● 采用新技術，有效充分利用自然冷源的制冷能力。

(2)機房內(nèi)氣流組織優(yōu)化

●根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》GB50174和《數(shù)據(jù)中心電信基礎設施標準》TIA-942，數(shù)據(jù)中心機房機架排列宜采用“面對面、背靠背”布置，形成“冷”和“熱”通道。

●機房空調宜采用下送風、上回風方式，架空地板下不應布放各類線纜以免影響送風效果;合理規(guī)劃架空地板高度，確定地板下送風斷面風速控制在1.5～2.5m/s，架空地板高度不宜小于400mm.

●機架距離空調設備的距離應大于1200mm，避免出現(xiàn)回風短路的情況;當空調設備送風距離大于15米時，需在機房布置空調設備，從機房兩側送風。

●在特殊情況下，必需采用上送風、下(側)回風方式時，應采用風管送風方式，風管、送(回)風口的尺寸根據(jù)機房總熱負荷計算確定。

供配電系統(tǒng)節(jié)能

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)用于提供滿足設備使用的電壓和電流，并保證供電的安全性和可靠性。供配電系統(tǒng)通常由高低壓配電系統(tǒng)、變壓器、UPS系統(tǒng)、蓄電池系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，一個數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)通常包括上百臺、甚至上千臺設備。

供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的第三耗能大戶，在規(guī)劃設計時應根據(jù)系統(tǒng)負荷容量、用電設備特點、供電線路距離及分布等因素，從設計、運行和管理等方面采用各種先進可行的節(jié)能技術、方法和措施，如采用新型供電技術提高電源轉換效率，優(yōu)化設計減少線路損耗，無功補償及諧波治理等等。

(1)供電設備選型

對供電設備進行選型時，建議選用新型節(jié)能設備或技術減少設備自身能耗，提供系統(tǒng)整體節(jié)能效果。

例如，針對變壓器，宜選用干式變壓器，或者是空載損耗比更低的非晶合金干式變壓器。針對UPS設備，在相同額定容量時，可選用高轉換效率的高頻UPS(包括模塊化UPS)等。在滿足IT設備安全可靠運行的條件下，還可以在選用高頻直流供電系統(tǒng)對IT設備進行供電，該方式由于省去了逆變環(huán)節(jié)，能耗降低，效率相對于傳統(tǒng)塔式UPS大幅提高，模塊化的整塊模塊也更易于維護。

在新型節(jié)能技術方面，宜選用具備“動態(tài)休眠”技術的UPS產(chǎn)品設備，該技術可在系統(tǒng)負載較低的情況下，與動力監(jiān)控系統(tǒng)相結合自動根據(jù)當前總負載的大小計算出需工作的整流模塊或UPS數(shù)量，實現(xiàn)對UPS系統(tǒng)的整體效率提升，減少能源在低負載下的浪費。

(2)合理進行設備配置

通常來說，數(shù)據(jù)中心的負載是分步增長的。在項目初期，機房設備的負載率一般都較低，導致系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的效率常常低于設計效率。因此，在規(guī)劃設計數(shù)據(jù)中心時，應首先對數(shù)據(jù)中心的近遠期發(fā)展情況進行詳細規(guī)劃或準確預測，按實際需求逐批次建設供配電系統(tǒng)，使設備的實際負載率接近或達到產(chǎn)品設計的最佳負載率，利用率和使用效率達到最優(yōu)，提高設備技術經(jīng)濟效益，減少設備自身能耗。

(3)合理設計布線路由

首先，要按終期負荷合理計算并選擇電纜電線的截面。對于距離較長的供電線路，在滿足敷設條件、載流量、電壓降、熱穩(wěn)定及保護配合的條件下，可適當增大電纜電線的橫截面積以降低線路損耗。

其次，在布放線纜時，應對線纜路由進行合理規(guī)劃和設計，盡量選擇最短路徑減少線纜長度，減少不必要的浪費。

此外，還可在數(shù)據(jù)中心布局規(guī)劃時，合理布置電源機房，使電源設備盡可能地靠近負載，減少長距離供電而造成的線路損耗。

(4)無功補償及諧波治理

通過合理選擇無功補償方式、補償點及補償容量，能有效地穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓水平，提高設備運行功率因素，降低線路運行電流。在建設供配電系統(tǒng)時，應采用并聯(lián)電容器裝置補償無功，其容量和分組應按照就地補償及不發(fā)生諧振的原則進行配置，補償后供電系統(tǒng)的負荷功率因素應滿足當?shù)毓╇姴块T的要求，沒有無明確要求時，功率因素值不宜低于0.9.

此外，交流供電系統(tǒng)內(nèi)電流總諧波畸變率(THDi)大于10%時，應根據(jù)系統(tǒng)及負荷情況進行諧波治理，通過經(jīng)濟技術比較，合理配置濾波器。

照明系統(tǒng)節(jié)能

對數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)進行節(jié)能降耗，根據(jù)建筑布局和照明場所，在滿足國標規(guī)定的場所照度和照明功率密度的前提下，合理布置光源、選擇照明方式、光源類型是降損節(jié)能的最有效方法。具體措施有：

(1)機房內(nèi)選用T8或T5系列三基色直管熒光燈、LED等高效節(jié)能光源作為主要的光源，以電子鎮(zhèn)流器取代電感鎮(zhèn)流器，應用電子調光器、延時開關、光控開關、聲控開關、感應式開關取代蹺板式開關等等，將大幅降低照明能耗和線損。以T5三基色直管熒光燈為例，與普通鹵粉熒光燈相比，在同樣照度的前提下，后者比前者的光效降低30%，即新型節(jié)能光源節(jié)能達30%.

(2)在滿足眩光限制和配光要求條件下，還應選用效率高的燈具，這也是確定房間照度的因素之一。在同樣照度的前提下，提高燈具效率可減少所需的燈具數(shù)量，最終達到節(jié)能效果。通常開敞式燈具效率不低于75%，格柵燈具不低于60%.

(3)應能對數(shù)據(jù)中心各區(qū)域內(nèi)燈具的開關進行方便、靈活的控制，控制方式可采用智能照明控制或墻壁開關分場景、分區(qū)域控制，還可加入紅外、光控、聲控等控制手段。采用照明控制后，可減少不必需的開燈，延長燈具使用壽命，實現(xiàn)節(jié)能。對開關進行分場景、分區(qū)域劃分時，宜遵照以下原則：

● 按機房列間分組;

● 與側窗平行分組;

● 根據(jù)維護、值班、安防等不同場景需求自定義程序實現(xiàn)分組定時開啟/關閉。

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