數據中心機房的節能

楊兵

（新疆油田公司數據中心，新疆 克拉瑪依 834000）

1 設備能耗和溫度

1.1 IT 設備所允許的工作溫度范圍

以往的標準中建議服務器及網絡通信設備應運行在20℃到25℃，這樣可以保證設備可靠長時間運行。15℃到32℃，是IT 設備可以正常運行的極限范圍，但如果長時間運行在此溫度條件下，IT 設備可能會宕機；但隨著多數主要制造商已接受了美國采暖、制冷與空調工程師協會（ASHRAE）提出的提高機房溫度上限的建議：從原來的25℃提高到27℃，現在生產的設備也較之以前具有更寬的工作溫度范圍，已能滿足在27℃下長期穩定地運行。

溫度越高，吹風設備和設備風扇的轉速也就越快，耗電也就越大。將溫度限定在27℃是能夠實現溫度和功耗的一個最佳平衡。在其他的運行工況條件保持不變的情況下，盛夏時空調的設置溫度每提高1℃，即可降低耗能5%。因此，在購買服務器設備及網絡通信設備時，在滿足其他功能要求的前提下，應優先選擇具有較寬工作溫度的設備，以達節約用電的目的。

1.2 設備能耗比

隨著對機房設備用電作進一步分析，我們可以看到能耗與用電設備電源本身也具有一定關系，因為電源在將市電處理成適合IT 設備適用的標準時，它本身也是要消耗能量的。這些能量有些是被電容、電感吸收，有些為變壓器建立交變磁場所消耗，也有的因為電源內部線路中的電阻而轉化為熱量散發，總之這些電能消耗對于IT 設備硬件而言是無效的；而且品牌、設計和標準不同，電源本身消耗的功率也有差別，這便是衡量電源是否節能的一大標準：轉換效率。它是硬件本身消耗的功率和市電插座輸入功率的比值，可直觀地看出電源供應器本身消耗了多少能源。

舉個例子：以一個500W的電源供應器為例，如果該供應器的轉換效率為70%，即如果有500W的交流電輸入到電源供應器中，只有350W的交流電會轉成直流電供服務器應用，浪費了150W的電力；目前歐美正推行的“80plus”認證，即是基于對電源轉換效率的考量。凡是在任何狀態下轉換效率均不低于80%的產品才可跨入門檻，獲得相應證書。所以在選購電源供應器時，必須注意轉換效率的問題，轉換效率越高的電源供應器就越省電。

2 空調系統的節能

空調產生的能耗約占整個機房所需總功耗的35%左右，近年來，針對空調系統的節能，采取了以下措施，并取得良好的節能效果。

2.1 建立相互隔離的冷熱通道

首先機房機柜的擺放必須面對面、背對背，也就是說，兩個機柜的正面應面對面，建立起冷通道，而兩個機柜的背面也是背對背，建立起熱通道，從而在兩個區塊建立起冷熱通道，避免冷空氣混和熱空氣造成混風現象。為達到更好的效果，可封閉所有的冷風信道，在冷風信道中，在所有機柜上方用隔板封閉起來，冷風通道的兩側用門來封閉，這樣完全阻隔了冷信道與熱信道交流，避免發生混風現象。

2.2 科學合理設計機房內部氣流走向提高空調運行效率

比較各種送、回風方式，目前業界公認效率較高的是采用下送風、上回風方式。這種方式中冷風從下部送到機柜，經過機柜后其溫度升高比重變輕，自然上升，滿足高溫在上、低溫在下的溫度自然分布規律，不會與送風的冷風混合，使冷量的利用率提高，避免冷熱氣流混合，這種送風方式比上送風方式提高2～3℃送回風溫差，所需送風量小，可以節能15～20%。

這種送風方式宜采用上走線方式，將架空地板下的空間用作送風通道，因此，不能在地板下敷設各種通信線纜，如果必須在架空地板下走線，也應將線纜收納整齊，減少阻擋出風量。另外如果送風距離較長，選用的通風機全壓值雖能克服地板長距離送風的全部壓力損失，但送風的始、終端的壓差較大，不利于地板下保持均勻的靜壓值，所以還應適當控制地板下送風的距離，同時架空地板的高度至少為0.4m。

3 優化供電系統，降低電能消耗

供電系統在提供電源的同時，也會有電能損耗，雖然這些損耗在機房總能耗中所占比例不大，但也不容忽視。目前可采用以下幾種措施以達節能效果。

3.1 模塊化供電保持UPS 較高負載率

一般來說，UPS的效率和負載功率是成正比的，越接近其滿負載容量效率就越高；UPS的供電效率越高，能耗就越低。舉例來說，從UPS 本身的效率講，工作效率小于90%的UPS自身效率較低，必然使總體耗電量增加。現在很多UPS 生產廠商正在實行對UPS 模塊化生產，用戶可按照負載的增加而增加模塊，始終保持UPS 較高負載率，以達到降低能耗的目的。

另外在滿足高效率的前提下，減少UPS體積也成為一種方向。有廠家已生產出專為刀片式服務器提供電力保護的系統，其每臺刀片式UPS 模塊均是一臺完整的UPS 系統，可以作為一臺UPS 單獨使用，同時也可以在標準的19 英寸機柜中堆疊多臺UPS。

3.2 機房供電電源的轉變

目前機房中基本上都采用的是雙轉換在線式UPS，其工作時會先將交流電濾波整流后變成直流電，再由逆變器將此直流電轉換成設備需要的正弦波交流電源。兩次的交、直流變化會帶來一定的損耗。如果IT 設備采用直流供電，可以減少一次交、直流轉變，達到節能的效果。然而目前大部分IT 設備都是交流供電，直流供電模塊的生產還未規?；虼丝纱罅ν苿覫T 設備直流供電替代交流供電，這不僅在供電可靠性、電磁兼容還是能效比上，都會有優于交流供電的優勢。

3.3 采用無變壓器的UPS 設備

傳統UPS的整機效率只有75%～85%，但采用無變壓器的機型，可以提升至90%以上，這種機型體現了UPS 電路技術的進步，代表著UPS 技術的發展方向，它在進一步縮小體積、減輕重量、改善性能、提高效率、降低成本等方面，都取得了明顯的改善和進步。因此，選用無變壓器的UPS 可以更有效地利用電源，讓每一度電都花費在系統運作上，進而降低能耗。

4 其他技術和趨勢

4.1 機房“熱點”的處理

隨著服務器密集化、小型化、高效化發展，機房內逐漸出現熱密度特別高的機柜。這些高密度機架形成了機房內的局部熱點。針對此，可以在機房內劃出專屬的高熱密度子區域，隔離高熱密度機柜。這樣高熱密度機柜不會影響到周圍的低密度機柜。在封閉的小范圍內，針對性地制冷，這樣更行之有效，也能減少不必要的能耗。

4.2 自然冷卻技術的逐漸應用

目前自由冷卻已經變成一個很熱門的話題，位于較冷地區的機房可考慮采用自然冷空氣自由冷卻。在國外，借助自然界天然冷空氣來為機房降溫已經受到重視。據報道，位于美國羅德島的布萊恩特大學也在借助冰雪天氣來降低機房的電能消耗。布萊恩特大學的數據中心機房配有一套封閉的以乙二醇為冷卻劑的循環制冷系統，當天氣很冷的時候，系統就會利用室外的冷空氣給冷卻劑降溫，外部冷源為免費資源，加以利用，既經濟又節能使用此方式僅此一項就降低了20%～30%的電能消耗。

4.3 動態智能冷卻技術的應用

機房內每一個IT 設備的冷卻溫度不同，比方來說，1臺服務器需要18℃，但網絡設備只要20℃，機房為滿足這臺服務器的要求，必須設為18℃，這就使設備之間存在不同的冷卻供應量?；萜赵谄湫乱淮鷶祿行牡捏w驗中心展示了一種動態智能冷卻技術。每個機柜都能設定不同溫度，通過建置7500個傳感器群組的感應器來監控溫度，并在每臺機柜前方的地板下都埋設了排風口，根據散熱需求針對性地動態供應冷卻氣流，其風量大小可以根據需要隨時調節，從而達到節能目的，該技術可能將機房的降溫成本降低40%。

[1]李學博，機房節能走向系統化、智能化、精細化，通信世界周刊，2009.

[2]鄒大斌.綠色催熟機房節能技術，計算機世界，2008.