加強廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心建設

【提要】 近年來，我國廣電系統(tǒng)信息化得到了迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，各種通信設備不斷增加、設備所需電力等綠色數(shù)據(jù)中心能源消耗日益增長，導致整個廣電信息系統(tǒng)運營面臨著巨大的成本壓力，能源消耗已嚴重影響到廣電信息系統(tǒng)的效益和發(fā)展，廣電信息系統(tǒng)行業(yè)的節(jié)能減排工作已經(jīng)箭在弦上；廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心是廣電數(shù)據(jù)交換的核心樞紐，綠色數(shù)據(jù)中心建設涉及面廣，而且日益龐大的數(shù)據(jù)中心與節(jié)能環(huán)保的訴求，對綠色數(shù)據(jù)中心建設提出了更高的要求，建設標準規(guī)范、安全穩(wěn)定、環(huán)保節(jié)能、先進實用的綠色數(shù)據(jù)中心，是一個充滿探索性的系統(tǒng)工程。本文從綠色數(shù)據(jù)中心選址、布局、供電、設備和技術選擇上，提出廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心設計和建設建議，打造節(jié)能環(huán)保的廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心。

【關鍵詞】廣電系統(tǒng) 綠色 數(shù)據(jù)中心

一.引言

隨著電子信息系統(tǒng)高密度的集成化，設備散熱困難及數(shù)據(jù)中心耗能量日漸趨高的現(xiàn)象開始受到了各界強烈關注。而根據(jù)研究顯示，IT行業(yè)目前相關的碳排放已經(jīng)成為最大的溫室氣體排放源之一，且該領域的排放勢頭還在隨著全球對計算、數(shù)據(jù)存儲和通信技術需求的增長快速上升。即使人們大力提高設備、機房結構等裝置和數(shù)據(jù)中心的能效，到2020年，全球IT相關碳排放也將達到15.4億噸。所以越來越多的人開始關注綠色數(shù)據(jù)中心的建設。

以“保護地球、環(huán)境及其各種生物的安全及持續(xù)性發(fā)展，并以行動做出積極的改變”為宗旨的綠色運動波及全球范圍的各個領域，建筑領域和IT領域也逐漸形成了綠色建筑和綠色IT的概念。而數(shù)據(jù)中心就其特征而言，是緊密關聯(lián)建筑和IT這兩大領域的，廣義的綠色數(shù)據(jù)中心是“綠色建筑+綠色IT+綠色IT及其配電等設備的延伸”這三者的有機結合；而狹義綠色數(shù)據(jù)中心是“綠色IT+綠色IT及其它設備的延伸”。

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內最大限度地節(jié)約資源，保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間、與自然和諧共生的建筑。

綠色IT是指IT設備的低能耗、低電磁輻射、低噪音、限制使用有害物質、節(jié)約空間等。

綠色IT范圍的延伸是指涉及IT環(huán)境與管理的IT基礎設施供配電設備、空調設備等設備的低能耗、高能效、降低全生命周期成本以及場地布局優(yōu)化、合理氣流組織、虛擬化以及環(huán)境監(jiān)控等軟件管理措施的應用等。

國際上對綠色數(shù)據(jù)中心的定義為使數(shù)據(jù)中心中的機械、照明、電氣和IT系統(tǒng)取得最大的能源效率和最小的環(huán)境影響。

綠色數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然?？偟膩碚f，我們可以從建筑節(jié)能、運營管理、能源效率等方面來衡量一個數(shù)據(jù)中心是否為“綠色”。綠色數(shù)據(jù)中心的“綠色”具體體現(xiàn)在整體的設計規(guī)劃以及機房空調、UPS、服務器等IT設備、管理軟件應用等方面，要具備節(jié)能環(huán)保、高可靠可用性和合理性。

二.建設背景

綠色數(shù)據(jù)中心的建設是廣電系統(tǒng)基礎性工程，決定著未來廣電系統(tǒng)能否做到綠色、節(jié)能、環(huán)保。綠色數(shù)據(jù)中心設計到施工必須考慮到綠色環(huán)保、功能完整、安全可靠、可持續(xù)發(fā)展等理念，最終能夠為核心IT設備提供一個安全、可靠、溫濕度及潔凈度均符合綠色數(shù)據(jù)中心要求的運行環(huán)境，同時為相關工作人員提供方便、快捷、舒適的工作環(huán)境，并為管理人員提供安全、高效的管理手段。

三.綠色數(shù)據(jù)中心建設

綠色數(shù)據(jù)中心建設從規(guī)劃、設計、設備安裝、調試、運維等方面，都必須遵守相關行業(yè)的規(guī)范標準，以滿足在科學、經(jīng)濟、安全、環(huán)保等方面的要求。

節(jié)能與綠色數(shù)據(jù)中心規(guī)劃緊密結合，綠色數(shù)據(jù)中心有60%的節(jié)能空間，從綠色數(shù)據(jù)中心規(guī)劃最初就要考慮節(jié)能因素。在建設廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心建設時，統(tǒng)計分析綠色數(shù)據(jù)中心內各個設備的能耗情況，根據(jù)綠色數(shù)據(jù)中心實際耗能來選擇節(jié)能方式。

目前，PUE（PowerUsageEffectiveness，電源使用效率）值已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標，能夠公正和客觀地評估不同的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗效果。PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。PUE值越大，則表示用于確保IT設備安全運行所配套的、由UPS供電系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、輸入/輸出供配電系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)等所組成的動力和環(huán)境保障基礎設施所消耗的功耗越大，因此PUE值越小，越能體現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能性。PUE值越接近于l，表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。

綠色數(shù)據(jù)中心建設前期的設計和規(guī)劃就把節(jié)能、環(huán)?？紤]到，并在設計和規(guī)劃的過程中達到中心業(yè)務使用要求的前提下，把機房的PUE值作為機房的設計和規(guī)劃要求。

本文從選址布局、供電、設備選型、應用選擇等方面，對如何建設廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心給出建議。 （1）科學選址布局 綠色數(shù)據(jù)中心是廣電系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)交換的核心，首先應盡可能避開雷區(qū)；在選擇部署樓層時，要充分考慮防潮、防塵、防觸電、防干擾等因素，同時要盡可能避開溫差大的樓宇最高層，以免加重數(shù)據(jù)中心空調負荷，增加能源消耗。

綠色數(shù)據(jù)中心需科學布局，在確保設備運行可靠性的基礎上，盡可能節(jié)約空間，提高線纜管理質量，改善空間對流通道，降低功耗。

綠色數(shù)據(jù)中心設備主要包括交換機、服務器、配電柜。由于服務器需要不斷地更新內容和修改設置，操作次數(shù)多，而交換機調整機會相對較少，因此為便于操作和減少互相干擾，交換機和服務器可考慮分開部署；配電柜與交換機、服務器機柜需隔開一定的距離，以防止電源干擾和雷擊。

線纜配線的密度和走線質量與綠色數(shù)據(jù)中心的散熱效力息息相關，因此要合理規(guī)劃線纜布局，嚴格控制纜線走線質量，從而防止混亂線纜造成的散熱通道堵塞，可以節(jié)省制冷設備消耗，提高制冷效率。

綠色數(shù)據(jù)中心機柜采用“面對面、背對背”式隔離交錯排列，形成間隔的冷通道和熱通道，空調送風采用是地板下送風方式與風道上送風相結合方式，同時使用地板出線孔密封件對出線孔進行密封，在設備面對面的通道（冷通道）中，冷空氣從機柜前面的架空地板的散出孔出來后，經(jīng)過機柜和設備的內部運行后變成熱空氣，再從機柜背面排出；在背對背的通道（熱通道）中，熱空氣上升，從天花板的排氣口溢出。這種方法使冷熱空氣形成更強的對流循環(huán)，增強了機柜冷卻效果，相對于傳統(tǒng)的單排機柜部署降低了空調系統(tǒng)能耗。

此外，建設綠色數(shù)據(jù)中心建設時建議參照新的綠色數(shù)據(jù)中心熱量指南標準，機柜、空調室內機位置擺放位置要合理，提高服務器在高進風溫度下的可靠性，優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心的氣流組織，避免局部熱點，提高制冷率，提高綠色數(shù)據(jù)中心散熱效率。

（2）配備合理供電

供電系統(tǒng)是綠色數(shù)據(jù)中心的基礎保障，其供電質量對IT設備的運行和使用壽命至關重要。綠色數(shù)據(jù)中心須采用7x24小時運轉模式。在保證具有穩(wěn)定的動力電源之外，必須配備能夠在最短時間內給綠色數(shù)據(jù)中心設備持續(xù)供電的UPS系統(tǒng)或油機發(fā)電系統(tǒng)。

在實際應用中，許多數(shù)據(jù)中心盲目大規(guī)模裝備UPS電源，而實際運行負載率低于20%。供電效率低意味著很大一部分電能在轉換過程中浪費了。因此，在進行供配電系統(tǒng)規(guī)劃時，一定要根據(jù)實際情況配置合理的系統(tǒng)。

首先，根據(jù)IT設備資源情況及近期規(guī)劃，核準UPS電源功率；規(guī)劃供電效率高的模塊化UPS，采用N+X模塊化UPS并聯(lián)冗余架構，保證UPS容量和可靠性，并按需配置UPS容量，提高UPS利用率，降低能耗。隨著數(shù)據(jù)中心擴容，逐步增加UPS模塊，增加UPS總量，滿足新IT設備供電需求。

其次，可采用并機共用電池組技術，實現(xiàn)多個UPS電池組的共享，減少電池的投資，同時減少對環(huán)境的污染；通過采用電池均浮充管理、充電溫度補償、智能放電終止電壓控制等智能電池管理技術，使用電池定期自動檢測和電池漏液檢測等功能，可以大大延長電池使用壽命，延長電池更換周期，節(jié)約電池投資。

（3）選擇綠色節(jié)能設備

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心的冷卻耗能占機房總功耗的40%左右。機房中的冷卻主要是由空調負責，所以降低空調的耗電量可以有效地降低PUE值。

綠色數(shù)據(jù)中心在設計中可通過提升靜電地板高度、提高地板出風口通風率的提高，以及采用風道上送風和地板下送風結合制冷等一系列優(yōu)化方式，可有效提高空調利用率。然而，空調自身耗電量是最主要的，通過選擇綠色節(jié)能空調，解決空調自身耗電量是降低空調能耗成本的關鍵。

機房中采用傳統(tǒng)的風冷制冷方式是最耗電的運行方式。采用水冷式空調系統(tǒng)，可比風冷系統(tǒng)節(jié)能20%左右。此外，我們可以通過新的空調技術實現(xiàn)比水冷空調再節(jié)能30%以上的空調系統(tǒng)（非電空調）。

非電空調采用直接由熱能來制冷原理，通過采用天然氣、太陽能、沼氣等任何能產(chǎn)生80℃以上的熱能為動力、以溴化鋰為冷媒進行熱交換，降低空調循環(huán)水溫度，從而達到制冷目的。而傳統(tǒng)意義上的電空調，要完成制冷效果，必須由熱能到機械能、由機械能到電能、再由電能回到機械能，最后才能到冷能，這五次能量轉換過程都將排出一定數(shù)量的二氧化碳。因此，非電空調相較于傳統(tǒng)空調不僅節(jié)約了能源，還有效減少了空調制冷過程中的碳排放。

此外，由于數(shù)據(jù)中心的空調負荷主要來自于計算機主機設備、外部輔助設備的發(fā)熱量，其中服務器、存儲、網(wǎng)絡等IT設備占到設備散熱量的80%，因此，通過選擇綠色節(jié)能IT設備，例如優(yōu)選具備多種節(jié)能措施的節(jié)能服務器及刀片服務器、雙動態(tài)電源管理CPU、2.5英寸低功耗硬盤產(chǎn)品、動態(tài)智能冷卻存儲等方式，也可以有效降低PUE值。

（4）采用虛擬化、云管理技術

對于數(shù)據(jù)中心的IT設備，除選用綠色節(jié)能設備降低PUE值之外，還可以借助于虛擬化、云平臺等相關技術，對資源進行動態(tài)調整、調度，提高資源利用率，減少不必要的運算而增加的耗能。

采用虛擬化技術全面解決了傳統(tǒng)IT系統(tǒng)建設中存在的“設備異構化嚴重、資源利用效率低、管理維護復雜、難以適應業(yè)務持續(xù)發(fā)展”等問題，滿足持續(xù)投資保護，延續(xù)了原有存儲系統(tǒng)使用壽命。同時，虛擬化管理使得系統(tǒng)不必按照業(yè)務最高要求配置容量，而根據(jù)業(yè)務運行需求動態(tài)擴展，因此減少了前期投資和過冗系統(tǒng)的能源消耗。

采用云平臺技術，整理業(yè)務系統(tǒng)資源，將底層的計算資源、網(wǎng)絡資源、存儲資源整合為統(tǒng)一的虛擬化資源池，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源、主機資源、存儲資源的優(yōu)化整合，實現(xiàn)對資源池的統(tǒng)一監(jiān)控管理；針對不同應用對IT資源的需求，動態(tài)調整主機、存儲資源，構筑低成本、靈活高可靠的業(yè)務運行平臺，降低設備規(guī)模，提高系統(tǒng)利用率，達到節(jié)能減排的目的；同時提高了運維能力和管理效率，在低成本前提了保障業(yè)務的服務質量和安全可靠。

四.結論

綠色數(shù)據(jù)中心的建設，一方面通過采用“綠色”的技術與產(chǎn)品，能夠降低建設與運營成本，同時提高使用效益；另一方面，能夠降低能耗，減少不良物質排放，為社會節(jié)約資源，保護環(huán)境。

本文對廣電系統(tǒng)綠色數(shù)據(jù)中心建設進行了有益的探索，要真正實現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的建設，需要把“綠色”貫徹到數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設計、實施和維護的整個生命周期中，不但要考慮到節(jié)能、環(huán)保，還需要從需求、功能、性能、成本以及技術可行性等諸多方面綜合考慮，尋求合適高校的解決方案。

綠色數(shù)據(jù)中心建成之后，需要建立完善的監(jiān)控體系和管理體系，同時加強維護人員的安全意識和節(jié)能意識，做到有章可循、綠色在心中，確保綠色數(shù)據(jù)中心在節(jié)能、環(huán)保狀態(tài)下穩(wěn)定、可靠運行。