論企業(yè)級(jí)IDC 節(jié)能策略

蘇玉良

（中海油信息科技有限公司廣東深圳518067）

1 IDC發(fā)展現(xiàn)狀

2007年以來，全球IDC市場(chǎng)保持高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2011年，全球IDC市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到222.6億美元，增速為21.5%（如圖1所示），2011年中國(guó)IDC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到170.8億元，同比增長(zhǎng)67.1%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2011年底，全球IDC總量為372萬個(gè)，其中，美國(guó)和歐洲占數(shù)據(jù)總量一半以上，但是亞太地區(qū)的IDC復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)14.2%，成為帶動(dòng)此行業(yè)平穩(wěn)增長(zhǎng)的最大動(dòng)力。

圖1 .2011年全球IDC市場(chǎng)規(guī)模

近年來，隨國(guó)內(nèi)各行業(yè)信息化發(fā)展，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、電子商務(wù)平臺(tái)等應(yīng)用在物流、研發(fā)、化工、醫(yī)療、教育等行業(yè)快速落地。與此同時(shí)，眾多企業(yè)級(jí)IDC在各地急速建設(shè)。根據(jù)2007年全球IDC統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球IDC消耗總電能為1834.56億kw·h，成為重點(diǎn)節(jié)能對(duì)象。

聚焦于IDC內(nèi)部，能耗組成分別為IT設(shè)備（包括存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等）、制冷設(shè)備、負(fù)荷開關(guān)、UPS、照明系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)等。隨著IDC的建設(shè)熱潮，電力供應(yīng)、散熱、運(yùn)營(yíng)成本對(duì)企業(yè)IDC的影響日益擴(kuò)大，逐年攀升的能源成本已成為企業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)之一。以下即通過分析“成本組成”和“電耗成本”找出企業(yè)級(jí)IDC節(jié)能降耗的主線，進(jìn)而通過一系列論述來闡述具體的節(jié)能策略。

2 IDC能耗主體分析

綜合多家行業(yè)咨詢公司所出版數(shù)據(jù)和眾多企業(yè)級(jí)IDC運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)值，目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)級(jí)IDC的運(yùn)營(yíng)成本組成如圖2所示：

圖2 .企業(yè)級(jí)IDC運(yùn)營(yíng)成本組成

在IDC運(yùn)營(yíng)期間，耗電費(fèi)用占IDC運(yùn)營(yíng)總成本47%，成為所有成本支出中最核心的部分。意即只要控制好IDC的電耗，也就抓住了IDC能耗的“七寸”。

根據(jù)同類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，企業(yè)級(jí)IDC電耗比例如圖3所示：

圖3 .企業(yè)級(jí)IDC電耗比例

空氣處理設(shè)施（制冷系統(tǒng)34%、空調(diào)系統(tǒng)9%、加濕系統(tǒng)3%）用電量占IDC總電耗45%，機(jī)柜內(nèi)IT設(shè)備用電量占總電耗33%，UPS系統(tǒng)用電量站總電耗20%。

由此可見，制冷系統(tǒng)和IT設(shè)備占據(jù)IDC總耗電量近80%。而IT設(shè)備的能耗由行業(yè)整體技術(shù)現(xiàn)狀決定，基本不可能通過單一技術(shù)手段進(jìn)行降低。

因此，“空氣處理設(shè)施的能耗”即成為企業(yè)級(jí)IDC中構(gòu)成核心成本的核心要素，合理控制空氣處理設(shè)施的能耗也就成為IDC成本管理和節(jié)能管理的當(dāng)務(wù)之急。以下即針對(duì)不同規(guī)模企業(yè)級(jí)IDC的應(yīng)用情況，分析具體的節(jié)能措施。

IDC規(guī)模劃分詳見下表：

3 低功率密度小型IDC節(jié)能策略

3.1 精密空調(diào)與普通空調(diào)對(duì)比

目前，相當(dāng)多企業(yè)，特別是企業(yè)中下級(jí)單位的IDC建設(shè)為100M2以內(nèi)小型機(jī)房（此類設(shè)施尚不具備IDC功能，僅作為IT機(jī)房，功率密度基本處于2kw/機(jī)柜以下）。其中，空氣處理系統(tǒng)甚至利用舒適性大功率空調(diào)或所謂工業(yè)級(jí)柜機(jī)進(jìn)行制冷。如果參照國(guó)標(biāo)，勉強(qiáng)屬于C級(jí)機(jī)房。

以上企業(yè)可能會(huì)基于購(gòu)置費(fèi)用、使用成本等方面考慮，認(rèn)為只要達(dá)到一定低溫即可滿足機(jī)房要求。可是，通過對(duì)比機(jī)房專用精密空調(diào)和舒適性空調(diào)的功能和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用即可知二者區(qū)別。.

首先，機(jī)房精密空調(diào)的室外機(jī)啟動(dòng)環(huán)境為-35℃～42℃ ，而舒適空調(diào)的室外機(jī)啟動(dòng)環(huán)境為-5℃～32℃，意即舒適空調(diào)特別是在冬天-5℃的環(huán)境下無法啟動(dòng)室外機(jī)組，無法滿足機(jī)房嚴(yán)冬和酷暑仍需制冷要求。

其次，機(jī)房精密空調(diào)可以全天候不間斷工作，設(shè)備壽命大約8年。而舒適空調(diào)僅能夠滿足夏季每天10小時(shí)連續(xù)工作，設(shè)備壽命大約3年。意即舒適空調(diào)無法滿足機(jī)房不間斷運(yùn)行要求，且設(shè)備壽命短。

再次，機(jī)房精密空調(diào)具備來電自啟動(dòng)功能和恒溫、恒濕、恒潔凈度功能，而舒適空調(diào)和工業(yè)空調(diào)不具備此功能，意即舒適空調(diào)和工業(yè)空調(diào)無法滿足機(jī)房無人值守的應(yīng)用要求。

最后，相較舒適空調(diào)，精密空調(diào)在同等制冷量前提下，耗能更小。計(jì)算如下：

以產(chǎn)生1.4KW顯冷量、工作周期為1年計(jì)算耗電費(fèi)用：

機(jī)房精密空調(diào)：（（1.4KW÷0.9）÷3.3）×365 天×24 小時(shí)×0.8＝3303.4 元/年

舒適空調(diào)：（（1.4KW÷0.65）÷3）×365 天×24 小時(shí)×0.8＝5031.4元/年

即舒適性空調(diào)和工業(yè)空調(diào)用于機(jī)房時(shí)，所產(chǎn)生的電能消耗費(fèi)用是機(jī)房精密空調(diào)的1.5倍。

3.2 精密空調(diào)節(jié)能策略

在多數(shù)安裝機(jī)房精密空調(diào)的小型IDC中（功率密度約為3～4kw/機(jī)柜），通常采用空調(diào)風(fēng)帽送風(fēng)的方式進(jìn)行制冷，此種形式下IDC的PUE基本大于3。

當(dāng)功率密度大于4kw/機(jī)柜時(shí)，或在IDC內(nèi)部由于部署原因出現(xiàn)局部熱點(diǎn)時(shí)，精密空調(diào)風(fēng)帽送風(fēng)的模式便逐漸無法滿足設(shè)備需求。因此，可將精密空調(diào)改造為機(jī)柜下送風(fēng)的方式，以此滿足機(jī)柜內(nèi)設(shè)備環(huán)境要求。此種方式的應(yīng)用前提為IDC中各機(jī)柜部署空間較松散，柜內(nèi)設(shè)備之間有較大空間，以便機(jī)柜底部的冷風(fēng)能夠順利到達(dá)上方。

但是，隨著機(jī)柜內(nèi)設(shè)備繼續(xù)增加，功率密度繼續(xù)升高，機(jī)柜下送風(fēng)方式的弊端逐漸顯露。由于柜內(nèi)設(shè)備部署較緊密，設(shè)備間空隙較窄，底部冷風(fēng)無法高效到達(dá)機(jī)柜頂部，易造成頂部設(shè)備溫度較高等故障。

4 中等功率密度中小型IDC節(jié)能策略

近年，國(guó)內(nèi)新建企業(yè)級(jí)IDC的規(guī)模逐漸增大，企業(yè)總部級(jí)或?yàn)?zāi)備級(jí)IDC基本處于1000M2左右，功率密度處于5～8kw/機(jī)柜。為解決在3.2中所述的局部熱點(diǎn)等問題，在此類中等規(guī)模的IDC中，可采取以下多種方式提高制冷效率，降低PUE。

4.1 封閉冷（熱）通道

傳統(tǒng)的IDC內(nèi)機(jī)柜布局方式為橫排等距布置，即各排機(jī)柜的首尾方向一致。但是，為解決3.2中所述問題，可通過封閉冷通道方式提高冷能利用率，即是將IDC內(nèi)機(jī)柜布設(shè)成為每?jī)膳琶鎸?duì)面形式，通常以兩排共20～30個(gè)機(jī)柜為一組，封閉兩端通道出口和通道頂端，以此構(gòu)成機(jī)柜前部的公共封閉空間，并將此區(qū)間的地板設(shè)為孔洞式防靜電地板。冷風(fēng)由防靜電地板下的靜壓箱注入封閉冷通道，并形成通道內(nèi)的正壓力，機(jī)柜設(shè)備前部吸入冷風(fēng)，從機(jī)柜后部將熱風(fēng)排出。

此方式的優(yōu)點(diǎn)是極大地提高冷風(fēng)利用效率，達(dá)到精確送風(fēng)的效果。但是需具備的前提條件是1、IDC在建設(shè)期需具備至少60cm高度的防靜電地板下空間；2、機(jī)柜門的開孔面積率應(yīng)在65%以上。

所謂封閉熱通道即是將IDC內(nèi)部機(jī)柜布設(shè)成為每?jī)膳疟硨?duì)背方式，并封閉通道兩端出口，熱量通過頂端排風(fēng)裝置排出，造成此空間為負(fù)壓，以此確保封閉空間外部均為冷風(fēng)區(qū)域。

4.2 機(jī)柜設(shè)備間隙封閉

由于安裝機(jī)柜內(nèi)設(shè)備時(shí)，考慮設(shè)備間散熱因素，因此均存在一定程度的間隙。在4.1中所述冷通道內(nèi)正壓情況下，一部分冷能會(huì)通過此間隙流失，因此，為進(jìn)一步提高冷能利用率，可利用盲板在機(jī)柜前端封閉間隙，以確保封閉冷通道內(nèi)的冷能能夠最大限度地通過設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行制冷。

4.3 提高封閉冷通道內(nèi)制冷功率

當(dāng)封閉冷通道單元中存在個(gè)別功率密度高于8kw/機(jī)柜時(shí)，可采用LCU冷凍水行級(jí)制冷的方式，在高功率密度區(qū)加大制冷功率，或在高功率密度機(jī)柜對(duì)面安裝LCU進(jìn)行專項(xiàng)制冷，以達(dá)到設(shè)備所需環(huán)境溫度。

4.4 封閉（冷）通道非平衡布局

當(dāng)封閉冷通道內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)高功率密度機(jī)柜時(shí)，除采用4.3中所述方式外，還可采用高功率密度機(jī)柜間隔布局的方式防止局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)，即在每個(gè)高功率密度機(jī)柜兩側(cè)和對(duì)面均布設(shè)功率密度較低的機(jī)柜，以此平衡該小區(qū)域內(nèi)的制冷量，從而達(dá)到設(shè)備所需環(huán)境溫度。

5 高功率密度IDC節(jié)能策略

隨高性能服務(wù)器等IT設(shè)備的應(yīng)用，高功率密度機(jī)柜已經(jīng)向更高的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。目前，IBM、HP、SUN等公司的小型機(jī)、刀片服務(wù)器功率介乎4kw至7kw，機(jī)柜密度均大于10kw/機(jī)柜。如果使用傳統(tǒng)的精密空調(diào)制冷或密閉冷通道制冷，加設(shè)每個(gè)地板風(fēng)口的最大出風(fēng)量為700-800m3/h，以8℃溫度差計(jì)，單臺(tái)機(jī)柜的最大散熱量約為10kw。因此，當(dāng)單臺(tái)機(jī)柜的功率密度大于10kw/機(jī)柜時(shí)，通過傳統(tǒng)的精密空調(diào)制冷或密閉冷通道制冷，已經(jīng)無法滿足高功率密度機(jī)柜的制冷需求。

5.1 高功率密度機(jī)柜開放式水冷背板

當(dāng)單臺(tái)機(jī)柜功率密度大于10kw/機(jī)柜時(shí)，必須采取其他輔助手段進(jìn)行制冷，來解決高功率密度機(jī)柜的制冷問題。目前，機(jī)柜水冷是制冷效率最高，并被廣泛接受的方法。

將機(jī)柜背板改為水冷背板，服務(wù)器、小型機(jī)等IT設(shè)備背部排出的熱空氣通過水冷背板內(nèi)置的熱交換器，由冷水制冷，冷卻后的空氣重新送入機(jī)房。此種方式加快制冷循環(huán)，改善機(jī)房單臺(tái)高功率密度機(jī)柜的制冷效果。

5.2 高功率密度機(jī)柜內(nèi)部水冷系統(tǒng)

內(nèi)部水冷系統(tǒng)即是在高功率密度機(jī)柜內(nèi)部安裝一套密閉的水冷循環(huán)系統(tǒng)。服務(wù)器、小型機(jī)等IT設(shè)備從背部排出的熱空氣通過內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)送入機(jī)柜內(nèi)置的熱交換器，由冷卻水制冷，冷卻后的冷空氣重新從前部送入服務(wù)器、小型機(jī)等IT設(shè)備。由于此系統(tǒng)是在機(jī)柜內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，冷能利用率極高，可支持功率密度高達(dá)25kw/機(jī)柜應(yīng)用，同時(shí)可進(jìn)行獨(dú)立控制、調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可靠性高。

6 綜述

綜上所述，企業(yè)級(jí)IDC由于行業(yè)差異性和建設(shè)級(jí)別定位的不同，所采取的節(jié)能策略也不盡相同。同時(shí)，IDC建設(shè)和運(yùn)營(yíng)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要兼顧投資與回報(bào)、投資與節(jié)能等多維度的平衡。一般情況下，將企業(yè)級(jí)IDC放置于15年應(yīng)用周期內(nèi)考量其各項(xiàng)投入和回報(bào)的平衡較為合理。

另外，IDC的節(jié)能策略固然重要，但是節(jié)能的核心仍是“人”，也就是說IDC管理人員的“管理”在節(jié)能方面起著同等重要的地位。盡管選用了最新的服務(wù)器構(gòu)架、高效的空調(diào)系統(tǒng)，采用了封閉空間布局，但是IDC的效率有時(shí)并不能達(dá)到預(yù)期。其主要原因很可能是由于IDC能源分配管理不到位所造成。因此，節(jié)能策略與節(jié)能管理應(yīng)在企業(yè)級(jí)IDC建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中齊頭并進(jìn)，同時(shí)做好策略和管理，才能保證IDC的真正節(jié)能。

（注：PUE，Power Usage Effectiveness，功率使用效率。PUE= 數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，意即此數(shù)值越接近1，表明IDC的能耗效率越高。）

[1]顧大偉郭建兵《數(shù)據(jù)中心建設(shè)與管理指南》電子工業(yè)出版社2010

[2]中國(guó)IDC圈《2011-2012年中國(guó)IDC產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》2012

[3]羅洪元溫開華《IDC機(jī)房的建設(shè)投資與運(yùn)行成本分析》2008

[4]GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》2008

[5]ANSITIA 942-2005《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》2005