數據中心的綠色節能技術研究

鄭團磊 丘華蘭

【摘要】：在全球能源資源日益短缺和環保節能意識不斷提高的今天，數據中心的快速擴張帶來的高能耗問題越來越受到人們的關注。數據中心的綠色節能應該是一個持續的過程，在數據中心的設計-建設-運營的整個過程中，綠色節能應該貫穿數據中心的整個生命周期。如何實現數據中心節能已成為企業用戶、數據中心基礎設施供應商和機房工程設計單位共同關注的話題。本文主要對數據中心的綠色節能技術進行分析。

【關鍵詞】：數據中心；綠色節能；技術研究

1、前言

隨著我國工業化與信息化帶來的國內企業信息化建設投入的不斷增長，互聯網新服務需求不斷涌現，云計算發展等帶來的基礎設施建設的大規模投入等因素的推動，作為信息通信技術的重要基礎設施之一的數據中心規模將隨之快速增長。在日益倡導綠色環保和嚴格審核的低碳時代，降低數據中心的能耗極為必要。

2、數據中心的綠色節能技術

2.1服務器節能機制

2.1.1 動態調節機制

由于處理器能耗是服務器能耗的重要部分，處理器節能很早就受到重視并取得了不少進展。處理器能耗由靜態能耗和動態能耗兩部分組成，其中動態能耗與時鐘頻率和電壓均成正比關系。因此，可通過改變頻率和電壓等系數動態調節處理器能耗。

2.1.2 集群調度和虛擬機技術

集群節能可以采用傳統的作業調度，運行流程非常類似，只是在調度時綜合考慮節能這一目標。鑒于不同作業之間可能存在沖突或依賴等關系，傳統的作業調度讓作業之間獨立，而多數情況下服務器內存和計算能力等要遠高于實際需求，這極大地限制了基于作業調度的節能效果。

2.2綠色數據中心空調節能技術

經過多年的研究和實踐運用，在數據中心機房中運用的空調節能技術主要包括：地板下送風冷通道封閉節能技術、智能新風焓差節能技術、智能換熱節能技術和冷卻塔供冷節能技術。

2.2.1地板下送風冷通道封閉節能技術

將機柜采用“背靠背、面對面”擺放，這樣在兩排機柜的正面面對通道中間布置冷風出口（列間送風），形成一個冷空氣區（冷通道），對整個送風區域進行封閉處理（冷通道封閉），可以有效地使地板下送出的冷風全部用于設備散熱，大幅減少或避免風量和冷量的損耗，而最終大幅提高制冷的效率。

2.2.2智能新風焓差節能技術

當智能新風焓差系統的智能控制器通過溫、濕度傳感器檢測到室內、外空氣焓差大于某個設定值時，智能控制器關閉機房專用空調，打開進風單元將室外冷空氣引入室內，室外空氣經過加濕除塵簾時，室外空氣經過等焓加濕處理，進一步降低室外空氣溫度，提供更大的冷量。同時，開啟排風單元，依靠正壓排除機房內的熱空氣。引入的室外冷空氣經過加濕除塵簾的時候，空氣經過水淋，空氣更潔凈，減少了過濾網更換周期。智能新風焓差系統通過減少空調的運行時間，達到了降低電能消耗和營運成本、延長空調使用壽命的目的。

2.2.3智能換熱節能技術

智能換熱系統的溫度傳感器檢測到室外氣溫低于某個設定值時，智能控制器關閉機房專用空調，開啟智能換熱系統的室內、外循環風機。室內、外空氣通過熱交換器進行熱量交換；室外空氣被加熱的同時，室內空氣被冷卻。智能換熱系統也是通過減少空調運行時間，達到降低電能消耗和營運成本、延長空調使用壽命的目的。

2.2.4冷卻塔供冷節能技術

在常規空調冷水系統基礎上增設部分管路和設備，當室外濕球溫度低到某個值以下時，關閉冷水機組，以流經冷卻塔的循環冷卻水直接或間接向空調系統供冷，提供機房空調所需的冷負荷。用冷卻塔來替代冷水機組供冷，達到節省能耗的目的。

2.3電源節能

供電系統是數據中心的心臟和血管，數據中心的電源系統無一例外地采用UPS供電。

2.3.1 UPS的設計

在進行數據中心的供配電系統規劃時，需要考慮模塊化UPS冗余并機系統來降低能耗[9].首先，根據IT設備的情況及其將來的需求規劃，計算所需UPS的電源功率；其次，根據需要的UPS功率，規劃UPS的架構，選用供電效率高的模塊化UPS，采用N+X的模塊化UPS并聯冗余架構，保證UPS的容量和可靠性，提高UPS系統的負載率，并可按需配置UPS容量，減少容量的閑置，提高UPS利用率，降低能耗.隨著數據中心的擴容，可逐步添加UPS模塊，達到UPS容量的增加，來支持IT設備的正常運行；并可增加配電箱或配電柜，來滿足逐漸增加的設備和使用空間對用電的需求.

2.3.2電池管理

UPS都配備了電池組，用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統投資的很大一部分，甚至超過了UPS本身的投資，而電池的使用年限明顯低于UPS設備.由于電池的主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料，這些會對環境造成嚴重的污染.因此，減少電池的使用數量，延長電池循環使用壽命，不僅節省了對電池的投資，而且還減少了對環境的污染.

2.4照明節能技術

（1）選用高效節能的光源和燈具。 在大多數情況下， 應在保證避免眩光和光污染的前提下， 合理選用高效節能的光源和燈具， 實現光通量的合理分配， 這是綠色照明設計的核心和關鍵。 （2）選用高效節能的電器附件和設備。 在照明系統耗電中， 附件設備所占的比重很大， 因此， 選用高效節能的電器和附件對于照明節能具有重要的意義。 （3） 充分利用自然光。 提供利于自然光照明的建筑條件和環境， 可以有效降低照明系統的電能消耗。 如設計采光良好的窗地比， 使用利于照明反射的室內材料等。 （4）采用科學的照明控制方案。 如采用節能自熄開關、 減少單個開關所控燈具數、所控燈列與窗平行、 大空間場所分組控燈等都是有效的節能控制措施。（5）采用合理的照明節能方案。 如采用符合綠色照明要求的顯色性、 色溫和照度； 符合節能的照明功率密度LPD折算值； 符合照明舒適度的統一眩光值UGR和均勻度等。 （6） 建立和健全照明節能技術標準。 如建立和健全節能照明標準、 高效節能照明產品的安全和技術質量標準等。

3、結語

當前傳統的數據中心正面臨轉型，綠色、環保已成為未來數據中心的發展趨勢，數據中心的綠色節能建設是信息化過程中持續被關注的重要問題，也是一個全面的、整體的建設過程。數據中心的節能問題并不能依靠某項單一技術解決，必須從多個方面入手，繼續深化已有的節能技術，并且大力使用新的技術和新的理念才能最大幅度降低數據中心的能耗。

【參考文獻】：

[1] 中國綠色數據中心.綠色節能機房之道[EB/OL].（2009-11-15）.

[2] 崔磊.數據中心節能至關重要HVAC系統首當其沖[J].暖通空調在線，2012（10）.

[3] 錢曉棟 李震.數據中心空調系統節能研究[J].暖通空調，2012，42（3）：3.