機房設備高耗能引發綠色創新熱潮國外IDC制冷技術值得借鑒

廣東省通信產業服務有限公司咨詢設計分公司 | 蘇漢輝 吳勁松

當天氣變冷時，數據中心機房的制冷系統就會利用室外的冷空氣給冷卻劑降溫，僅此一項就能降低20%～30%的數據中心電能消耗。

據IDC數據顯示，在亞太地區，數據中心電力消耗以每年23%的速度遞增，與每年16%的世界平均增長水平相比，亞太區數據中心的電力消耗增長速度遠超世界平均水平。

與此同時，工業和信息化部也在今年3月28日公布了“十二五”期間我國工業節能減排四大約束性指標：單位工業增加值能耗、二氧化碳排放量和用水量分別要比“十一五”末降低18%、18%以上和30%，工業固體廢物綜合利用率要提高到72%左右。

由此可見，“節能環保”是社會發展不可阻擋的主旋律，也是各企業必須要達到的目標。能耗是數據中心最大的成本所在，因此數據中心的節能降耗是企業節能減排、降低運營成本的關鍵所在。

制冷送風是“耗能大戶”

數據中心的主要能耗設備主要有：IT設備和機房設備兩大類。其中，IT設備包括服務器、存儲備份設備以及終端等；機房設備包括UPS供電、配電設備、空調新風系統、監控設備等。

如圖所示，典型的數據中心中消耗電能最多的是空調、送風系統等機房環境調節設備，消耗數據中心總電能的45%；其次是IT設備，消耗了數據中心總電能的30%；再次是UPS供電設備，消耗數據中心總電能的18%。

這三類設備消耗數據中心總電能的93%之多，它們是數據中心的能耗大戶。另外，根據電能中實際消耗在IT設備上的比例，數據中心的效率僅為30%，由此可見數據中的節能潛力相當大，同時也說明數據中心的節能降耗不容忽視。

根據上述分析，數據中心的節能降耗應以機房制冷及送風為主，IT設備、UPS供電系統節能為輔的原則進行。

國外推崇“自然制冷”

對于機房的制冷及送風系統，數據中心可以根據實際情況采取相應的技術措施及制冷理念來改善機房的制冷效果，達到節能降耗的目的，比如可以采用高能效比的節能空調設備、采用合適的制冷方式及自然制冷技術、采用動態智能制冷技術、合理設計及組織機房制冷的送回風系統、防止跑冒滴漏等幾項節能措施。

可以看到，雖然空調機組的運行需要消耗能源，但不同的制冷方式，消耗的能源是不一樣的。制冷劑以及運行模式的不同都可能產生可觀的節能效果。我們可以考慮采用自然制冷技術，如位于較冷地區的機房可考慮采用自然冷空氣自由冷卻，機房大樓的冷凍水可充當機組制冷劑的作用，而且比機組的制冷劑更節能。

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。如位于美國羅德島的布萊恩特大學借助冰雪天氣來降低機房的電能消耗，當天氣很冷的時候，該大學的數據中心機房的制冷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，據稱該大學使用此方式為數據中心機房制冷，僅此一項就降低了20%~30%的數據中心電能消耗。

圖 典型數據中心能耗模型及流向

動態制冷技術獲應用

機房內不同的IT設備所需的冷卻溫度是不同的，甚至不同年代的同類型設備所需的冷卻溫度也不同，采用動態智能制冷技術就是為了區別對待數據中心機房中不同設備的冷卻需要，從而達到節能降耗。

例如1臺服務器需要18℃，但網絡設備只要20℃，在未采用動態智能制冷技術時，機房為滿足這臺服務器的要求，必須設為18℃，這就使部分的冷量浪費掉。

動態智能冷卻技術為每個機柜設定不同溫度，通過建置多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。據惠普新一代數據中心的體驗中心的數據顯示，動態智能制冷技術可能將機房的降溫成本降低40%。

須注重送回風合理設計

在數據中心機房內，熱是通過機房內的冷氣流帶走的，從而達到冷卻的效果。不合適的機房布局和設備安裝方式，或者不合理的送回風通道，都會妨礙氣流的運動，降低了散熱效果，消耗更多的能源。因此合理設計及組織機房制冷的送回風系統能有效實現節能。

如果要達到更好的效果，可采用冷通道全封閉送風方案，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。

目前，數據中心常用的機房空調系統氣流組織方式主要有下送風上回風、上送風前回風（或側回風）等方式。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。

相關數據表明，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%。對于下送風上回風氣流組織方式還可以采取一些措施增強空調制冷系統效率，如果盡量減少地板下走線以及讓走線槽道和送風方向保持一致，減少對氣流的阻擋，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；地板下送風時，密封機柜底部的出線孔，阻止冷風泄漏等。

總而言之，數據中心的節能降耗是一個長期的過程，它不僅僅局限于上述分析的節能技術與措施，還有許多其他的節能技術及措施，例如在建設數據中心時應用建筑節能技術，采用太陽能為數據中心提供部分的電能等等技術措施。